ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 10 Загальна геохімічна характеристика планети Земля та її геосфер: Загальна будова і склад Землі та планет земної групи Таким чином, ми зробили.
Download ReportTranscript ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков Лекція 10 Загальна геохімічна характеристика планети Земля та її геосфер: Загальна будова і склад Землі та планет земної групи Таким чином, ми зробили.
Slide 1
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 2
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 3
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 4
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 5
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 6
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 7
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 8
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 9
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 10
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 11
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 12
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 13
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 14
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 15
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 16
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 17
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 18
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 19
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 20
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 21
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 22
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 23
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 24
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 25
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 26
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 27
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 28
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 29
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 30
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 31
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 32
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 33
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 34
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 35
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 36
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 37
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 38
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 39
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 40
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 41
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 42
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 43
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 44
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 45
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 46
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 47
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 48
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 49
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 50
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 51
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 52
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 53
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 54
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 55
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 56
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 57
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 58
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 59
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 60
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 61
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 62
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 63
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 64
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 65
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 66
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 67
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 68
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 69
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 70
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 71
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 72
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 73
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 74
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 75
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 76
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 77
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 78
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 2
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 3
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 4
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 5
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 6
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 7
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 8
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 9
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 10
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 11
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 12
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 13
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 14
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 15
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 16
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 17
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 18
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 19
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 20
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 21
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 22
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 23
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 24
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 25
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 26
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 27
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 28
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 29
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 30
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 31
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 32
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 33
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 34
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 35
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 36
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 37
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 38
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 39
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 40
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 41
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 42
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 43
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 44
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 45
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 46
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 47
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 48
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 49
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 50
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 51
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 52
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 53
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 54
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 55
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 56
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 57
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 58
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 59
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 60
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 61
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 62
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 63
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 64
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 65
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 66
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 67
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 68
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 69
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 70
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 71
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 72
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 73
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 74
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 75
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 76
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 77
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.
Slide 78
ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ
С. Є. Шнюков
Лекція 10
Загальна геохімічна
характеристика планети Земля
та її геосфер:
Загальна будова і склад Землі
та планет земної групи
Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх
складових Сонячної системи:
1) Земля та планети земної групи
2) зовнішні планети
2) астероїди
3) малі тіла пояса Койпера
4) комети
5) метеорні тіла
6) міжпланетний (космічний) пил
7) сонячний вітер
Підкреслені складові детально розглядаються у
подальших лекціях
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи: Земля
Земля
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Земля
Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите,
радиус которой – 149,6 млн. км = 1 астрономической единице.
Период обращения по орбите (1 год) =365,256 земных суток. Средняя
скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг
оси – звездные сутки – 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к
орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года.
Масса Земли равна М = 5,974∙1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3.
Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля
имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие
составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км).
Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением.
Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в
среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.
Земля: гравітаційне поле
По данным о небольших
изменениях расстояния
между двумя
идентичными
орбитальными
спутниками GRACE
(Gravity Recovery and
Climate) была построена
точная карта
гравитационного поля
Земли. Красным цветом
на карте отмечены
участки с повышенной
гравитацией, а голубым с пониженной.
Головні особливості
Землі як планети:
1. Висока
диференціація
речовини та складна
внутрішня будова
Відношення
щільностей
Кора/Земля=2,8/5,5
Головні особливості Землі як
планети:
1. Висока диференціація речовини
та складна внутрішня будова
Поліморфізм головних фаз земної речовини,
зміна складу: Si, K, Na – Fe,Mg
Головні особливості Землі як
планети:
2. Наявність магнітного поля
(зумовлене існуванням рідкого зовнішнього ядра)
Схоже на поле одноріднох намагниченої
сфери з магнитною віссю, яка нахилена на
11,5° до вісі обертання Землі. Тому магнітні
полюси не співпадають з географічними. За
даними палеомагнітних досліджень
положення магнітних полюсів неодноразово
змінювалось. Силові лінії магнітного поля
Землі деформовані сонячним вітром
таутворюють «пастки» для його часток радіаційні пояси (пояс Ван-Аллена)
Магнітні бурі зумовлюються
хромосферними спалахами на Сонці.
Заряджені частки можуть проникати в
атмосферу та збуджувати її атоми. Це
зумовлює явище, яке зветься
полярним сяйвом.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Типовим та дуже масштабним проявом є
тектоніка літосферних плит, яка
призвела та призводить до
принципових змін земної поверхні.
Це наочна ілюстрація функціонування
геохімічної системи мантія-кора – тобто
процесу диференціації Землі
Зони спредингу
Зони субдукції
Острівні дуги
Океанічні острови
Мантійна конвекція
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Зони спредингу
Зони субдукції та
острівні дуги
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Серединно-атлантичний хребет –
типова зона средингу.
На острові Ісландія цей процес
можна спостерігати на суші.
Головні особливості Землі як
планети:
3. Висока сучасна ендогенна
активність
Наслідок постійного руху
Тихоокеанської
літосферної плити –
ланцюг відносно
невеликих вулканів
Гавайських островів
(«гаряча пляма» займала
фіксоване положення).
Для порівняння – величезний (27 км) вулкан
Олімп на Марсі. Він формувався в умовах
стабільного стану кори (відсутність руху
літосферних плит
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Основные составляющие атмосферы Земли –
азот и кислород. Остальные газы: водяной пар,
углекислота, неон, метан, водород и другие –
составляют около 1 %. Давление атмосферы на
уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.
Головні особливості Землі як
планети:
4. Наявність потужної атмосфери
Поглощение
электромагнитного
излучения
атмосферой.
Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое
излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих
ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения
экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу
фреона и других активных веществ, его количество резко
уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами
Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради
заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что
озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.
Головні особливості Землі як
планети:
5. Наявність гідросфери
Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности
Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех
запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в
полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана –
3 900 м, максимальная глубина – 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).
Середній хімічний склад Землі: головні компоненти
Тверда Земля
Гідросфера
15,2% Si
Атмосфера
Сумарна частка гідросфери та атмосфери у масі
Землі не перевищує 0,025 wt%. Тому за середній
склад Землі приймаємо оцінку, яку одержано
для її «твердої частини». Неузгодженість різних
джерел не є суттєвою.
Земля: розповсюдженість хімічних елементів у
верхній частині континентальної кори
log(число атомом на 106 атомов Si)
Сонце: розповсюдженість хімічних елементів
(число атомом на 106 атомов Si)
H, He
C, O, Mg, Si
Fe
Zr
Ba
Pt, Pb
Li
Встановлено максімуми H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.
Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!)
та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).
Земля: Разница атомной распространенности элементов в верхней
части континентальной коры ( nEC ) и CI-хондритах ( nCI )
Луна
Луна
Луна – единственный спутник Земли. Она вращается вокруг
Земли по орбите, большая полуось которой равна
383 398 км. Плоскость лунной орбиты наклонена к
плоскости эклиптики под углом 5°09´. Период обращения
равен 27 сут 7 час 43 мин. Поскольку время одного оборота
Луны вокруг Земли в точности равно времени одного
оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле
одной и той же стороной. Луна – самый яркий объект на
небе после Солнца.
Наиболее исследована (после Земли)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Головні особливості Місяця:
Масса спутника Земли составляет
7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы
Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3,
экваториальный радиус – 1 737 км.
Сжатие с полюсов практически
отсутствует.
Ускорение свободного падения
g = 1,63 м/с2.
Плотность Луны сравнима с плотностью
земной мантии. Поэтому у Луны либо
нет, либо очень незначительное
железное ядро.
Мощность:
Коры: 60–100 км.
Верхней мантии: 400 км.
Средней мантии: 600 км.
Нижней мантии: 400 км.
Ядро Луны: с глубины 1500 км. Оно
почти не содержит железа. Поэтому Луна
имеет очень слабое магнитное поле
(<0,0001 земного).
Итак:
•Слабо дифференцирована
•Нет магнитного поля
•Современная эндог. активность
слаба
•Нет атмосферы и гидросферы
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Тверда
Земля
Місяць
http://www.meteorites.ru/menu/moon/
МАТЕРИКОВЫЕ ПОРОДЫ - по минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам
анортозит-норит-троктолит-габбровой серии.
ИМПАКТИТЫ - представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами
преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в
ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад
МОРСКИЕ ПОРОДЫ - образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной
коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и
относящиеся к группе габбро-базальта.
Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой
бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3 < 12 вес.%). Эта группа
объединяет породы экспедиций «Аполлона 12 и 15».
3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу
относятся базальты, доставленные «Луной-16»
4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном «Луной-24».
Середній хімічний склад Місяця: головні компоненти
Mg; 17,37
etc; 1,39
Місяць
O; 41,42
Ca; 6,37
Fe; 9
Al; 5,83
Si; 18,62
Тверда Земля
Місяць приблизно = складу Земної Мантії.
Особливості:
15,2% Si
Низькі концентрації летких елементів
Низька окисленість Fe
Eu2+/(Eu2++Eu3+) = 0,7
Планети Сонячної системи: планети земної групи
Планети
земної
групи
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. Супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Меркурій
Меркурій – найменьша планета
Сонячної системи.
Відстань до Сонця – 0,387 а.о.
(~ 75 млн км)
Період обертання:
навколо Сонця – 88 діб.
навколо своєї вісі – 176 діб.
Супутники відсутні.
Детальні дослідження:
“Маринер-10” (1974 р.)
“Месенджер” (2008 р.)
Меркурій
Елементи
поверхні:
1. Рівнини
2. Ескарпи
3. Кратери
Меркурій
Кратери:
Поверхность
Меркурия усеяна
сеткой из кратеров
разных размеров,
совсем как
поверхность Луны.
Их распределение по
размерам аналогично
лунному. Большая
часть кратеров
образовалась в
результате падения
метеоритов.
На Меркурии есть
горы, высота
наиболее высоких
достигает 2–4 км.
Меркурій
Рівнини:
На поверхности планеты были
обнаружены гладкие округлые
равнины,
названные
по
сходству с лунными «морями»
бассейнами. Наибольший из них,
Калорис, имеет в диаметре
1300 км (океан Бурь на Луне –
1800 км). Появление долин
объясняется
интенсивной
вулканической деятельностью,
которая совпала по времени с
формированием
поверхности
планеты.
Бассейн Калорис образовался, вероятно,
в результате столкновения Меркурия с
большим небесным телом на раннем
этапе геологической истории Меркурия.
Бассейн является результатом истечения
лавы
из
недр
планеты
после
столкновения. Его плоское дно окаймлено
разломами и извилистыми гребнями гор.
Меркурій
Ескарпи:
На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп.
Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности.
Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты?
На слайде – эскарп на поверхности Меркурия:
слева – снимок с Маринера
в центре – вид с более близкого расстояния
справа – механизм образования эскарпа.
Сравнить с плитовой тектоникой Земли!
Меркурій
Атмосфера та гідросфера:
Установлена очень разреженная
атмосфера состоящая из инертных
газов – гелий, аргон, ксенон, неон.
Южный полюс
Меркурия
В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед.
Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11.
Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью
орбиты, на дневной стороне достигают 100°С.
Максимальная температура поверхности +410°С.
Средняя температура ночного полушария рана –162°С.
Температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца
равна +347°С.
Температура поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить Pb или Sn.
Меркурій
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета – середня щільність 5,45
г/см3, щільність базальтів? поверхні ~ 3,1 г/см3, а ядра? - 10 г/см3
???.
2. Зареєстровано магнітне поле з напруженістю = 0,7 поля Землі. Це
дозволяє припускати (разом з п.1) існування «залізного» ядра =
ядру Землі, яке знаходиться у рідкому стані.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (ескарпи, базальти),
але сучасна не зареєстрована.
4. Є незначна атмосфера та гідросфера??
5. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Меркурій – типова планета земної групи.
Зараз очікуються нові детальні дані від зонда “Месенджер” (2008 р.)
Венера
Среднее расстояние от Солнца –
составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км).
Орбита практически круговая, наклонение
к плоскости эклиптики: i = 3°39´.
Венера самая близкая к Земле планета –
расстояние 40-259 млн. км.
Средняя скорость движения по орбите –
35 км/с.
Период обращения – 224,7 з. суток, а
период вращения вокруг оси – 243,02 з.
суток.
При этом Венера вращается в сторону,
противоположную своему движению по
орбите (в отличие от Земли и остальных
планет, исключая Уран).
Сутки на Венере - 116,8 з. суток = 0,5
венерианского года.
Масса Венеры составляет 0,815M массы
Земли
Детальні дослідження:
Венера 7, 8, 9, 10,13, 14, 15, 16 (1970-1985)
«Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10»
“Маринер-10” (1974 р.)
«Магеллан» (1989-1994)
У планеты нет спутников.
Радиус Венеры – 0,949 R (6052 км)
Средняя плотность Венеры - 5,24 г/см3.
Венера имеет практически сферическую
форму.
Пряме дослідження Венери:
Программа “Венера” (СССР)
(15 експедицій за 1961-1984 рр.)
Перші посадки: Венера 7 (17.08.1970), а далі - Венера 9, 10,13, 14
Венера
Пейзаж, снятый «Венерой-13». На верхней фотографии скалы имеют
оранжевый оттенок, т.к. атмосфера не пропускает синие лучи. На
нижней фотографии компьютер «убрал» освещение, создаваемое
атмосферой, и скалы видны в их натуральном сером цвете.
Венера
Средняя плотность Венеры
-- 5,24 г/см3.
Плотность основных пород
(габбро, базальты)
поверхности – 3,2 г/см3.
Тобто співвідношення
кора/планета наближене до
земного (кора/Земля=2,8/5,5)
У Венеры жидкое железное
ядро, но в нем не
возбуждается магнитное
поле, вероятно, из-за
медленного вращения
планеты.
Венера
Радиолокационное
изображение Венеры,
полученное
зондом
«Магеллан»
Сложный рельеф со следами
активного
вулканизма,
тектонической деятельности
Явные
последствия
метеоритной бомбардировки
в прошлом.
Венера
«Венера-15» и «Венера-16» (1983), «Магеллан» (1989-1994) - полное
картографирование поверхности планеты. Обнаружены тысячи древних
вулканов, сотни кратеров, горы. Венера – самая активная планета З. группы.
Два венерианских континента – Земля Иштар и Земля Афродиты – по площади
не меньше Европы каждая. Низменности («океаны») занимают 1/6 поверхности.
Горы Максвелла (Земле Иштар) - 11 км над средним уровнем поверхности.
Венера:
Трансформация радарного снимка зонда «Магеллан»:
На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км.
Трещины и складки образовались в результате удара.
На горизонте - вулкан высотой около 3 км.
Венера
Ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа (обнаружено 10 кольцевых
структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но
сильно сглаженных, уплощенных). На снимке два кратера диаметрами около 40–50 км.
Внутренняя область заполнена лавой. Торчащие наружу лепестки обнаружены только на
Венере. Образованы раздробленными породами, выброшенными при образовании кратера
наружу.
Венера
Гора Шапаш
шириной 400 км и
высотой 1,5 км.
Такие щитовые
вулканы типичны
для планеты.
Сравните с Землей
(Гавайские о-ва):
Венера
Лепешкообразные вулканы – образованы вязкой?! лавой, вытекающей
сквозь трещины на поверхность.
Состав лав??
– основные??
Вязкие – кислые??? Но состав пород на поверхности («Венера»)
Зарегистрированы около 150 вулканов, размеры которых превышают
100 км; общее число вулканов оценивают в 1600. Многие - активны.
Венера
Атмосфера
Венерианские облака в
ультрафиолетовых лучах.
Состав атмосферы
планеты
Венера
Изменение с высотой температуры
и давления в атмосфере планеты
Атмосфера
Парниковый эффект
в атмосфере Венеры
Венера
Головні особливості:
1. Достатньо диференційована планета. Є “залізне” ядро.
2. Але магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
повільне обертання навколо своєї вісі.
3. Досить розвинута палеоендогенна та сучасна активність
(вулканізм).
4. Є потужна атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери виключається умовами на поверхні (Т~ 500 C,
P ~ 100 атм.).
6. Гіпотетичний середній склад наближається до складу Землі, але
точні оцінки відсутні.
Таким чином, Венера – типова планета земної групи.
Марс
Детальні дослідження:
“Марс”, “Викинг”, “Вояджер”, марсоходы
(Спирит, Опортьюнити) и др.
Орбита Марса элиптическая – ср.
радиус 1,524 а.е.
Полный оборот за 687 з. суток.
Ср. скорость движения - 24,1 км/с.
Расстояния от З. = 56- 400 млн. км.
Великие противостояния
повторяются каждые 15–17 лет.
Период вращения вокруг оси –
24,62 часа.
Наклон экватора к орбите: 25°12´ (у
Земли – около 23°) - смена
день/ночь и времён года = Земле.
Год Марса вдвое длиннее земного.
Масса планеты - 0,107M Земли.
Радиус = 0,5 земного (3 397 км).
Марс
Деймос
Два спутника:
Фобос (26,6×22,2×18,6 км)
Деймос (15×12,4×10,8 км)
Расстояние от планеты:
Фобос - 9 380 км
Деймос - 23 460 км
Плотность – 2 г/см3 !!!!!!!!!
Фобос
Марс
Средняя плотность равна
3,94 г/см3.
Соотношение плотностей
кора/планета намного ниже
З. (кора/Земля=2,8/5,5)
Ядро Марса - до 9 % массы
планеты – «железное».
Жидкое.
Но! Слабое магнитное поле
– малая масса ядра???.
Кора - 100 км.
Между ними находится
силикатная
мантия,
обогащенная железом.
Низкая
плотность!!!
(+спутники – 2 г/см3)
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Марс
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Марс
Важнейшие элемнты рельефа:
1. Древние высокогорья (Ю полушарие) и более молодые равнины (С полушарие).
2. Высокие вулканы. 3. Гигантские каньоны и разломы. 4. Метеоритные кратеры.
Марс
Велетенські вулкани
Один из них – Олимп – высочайшая гора в Солнечной системе
(высота – 27 400 м, диаметр основания – 600 км).
Не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе.
Марс
Гигантские вулканы
Марс: Олімп
Земля: Гавайські острови
Сравните типичный для Марса
гигантский щитовой вулкан Олимп
с вулканическими постройками Земли,
которые сформировались в условиях
движения литосферных плит.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Гигантские каньоны и разломы
Долина Маринера – структура планетарного масштаба.
Ее протяженность – 4 тыс. км, перепады высот – 5-6 км.
Марс
Основная составляющая атмосферы Марса – углекислый газ (95 %), а
среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это
в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у
поверхности Земли. Зимой углекислота замерзает – сухой лед.
Марс
Температура грунта во время летнего солнцестояния может подниматься
до 0°C. Самая низкая температура - над зимней полярной шапкой Марса:
t = –139° C (конденсируется углекислый газ). Характерен резкий перепад
температур. В так называемых оазисах - от –53° C до +22° C летом и от
–103° C до –43° C зимой. Марс – весьма холодный мир, однако климат там
ненамного суровее, чем в Антарктиде.
Поверхность имеет красноватый цвет из-за выс. сод. окислов железа.
Марс
Головні особливості:
1. Низька щільнысть. Недостатня диференціація. Є маленьке рідке
“залізне” ядро.
2. Магнітне поле дуже слабке (майже відсутнє). Причина –
недостатня маса ядра.
3. Досить розвинута палеоендогенна активність (вулканізм).
Сучасний вулканізм відсутній.
4. Є атмосфера, яка різко відрізняється від земної.
5. Існування гідросфери зараз (але не в минулому) виключається
умовами на поверхні.
6. Гіпотетичний середній склад відрізняється від складу Землі, перш
за все відносно заліза, але точні оцінки відсутні.
Таким чином, Марс не є типовою планетою земної групи – перехід до
зовнішніх планет ????
Планети Сонячної системи: планети-гіганти
Планети-гіганти
Всі планети Сонячної системи поділяються на дві групи:
•
Планети земної групи − Меркурій, Венера, Земля, Марс. супутники є тільки у Землі (Луна) та
Марса (Фобос, Деймос).
•
Планети-гіганти − Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Мають системи численних супутиників.
Юпитер, Сатурн та Уран також мають кільця, які утворені гігантською кількістю малих тіл.
Дані щодо Плутону зараз обмежені. Можливо він наближується за складом до планет земної групи.
Особливе положення займає Луна. Формально вона − супутник Землі, однак відношення її маси до маси
Землі досить велике (1/81). Це дає підстави вважати систему Земля - Луна подвійною планетою.
Подвійною планетою є й Плутон − його супутник Харон тільки в 2,5 раза меньший за розміром.
Планети Сонячної системи:
6
Планети земної групи
5
Густина, г/см3
4
3
Луна
Сонце
Планети-гіганти
2
Плутон
1
0
0,001
0,1
10
1000
100000
10000000
Маса планети/масса Землі
Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе,
меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы.
Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из
недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.
Юпітер
Большая полуось орбиты Юпитера равна
5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489.
Период обращения по орбите – 11,867 лет.
Наклон плоскости орбиты к плоскости
эклиптики – 1°18´17". Средняя скорость
движения по орбите – 13,1 км/с.
Период вращения вокруг оси – 9 часов
55 минут.
Из-за действия центробежных сил
Юпитер заметно сплющен (коэффициент
сжатия больше 6 %).
Так как Юпитер – не твердый шар, а
состоит из газа и жидкости, то
экваториальные его части вращаются
быстрее, чем приполярные области. Ось
вращения Юпитера почти
перпендикулярна его орбите - нет смен
времен года.
Масса планеты равна
M = 318 М = 1,9∙10^27 кг, радиус
R = 11,2 R = 71 492 км.
Плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре
раза меньше плотности Земли. Ускорение
свободного падения на уровне облачной
поверхности Юпитера составляет
g = 2,53 g .
Юпітер: магнітне поле
Потоки
заряженных
частиц вызывают
полярное сияние
в атмосфере.
Магнитное поле Юпитера огромно
–
оно
простирается
на
650 миллионов километров (за
орбиту Сатурна!).
Если магнитосфера его была бы
видима, она бы с Земли имела
угловой размер, равный размеру
Луны.
Форма магнитосферы Юпитера,
как и других планет, далека от
сферической.
На расстоянии 177 тысяч км от
планеты зарегистрирована зона
наиболее интенсивной радиации, в
10 тысяч раз большей, чем в
радиационных
поясах
Земли.
Возможно, генерация мощного
магнитного поля Юпитера связана
с
быстрым
вращением
центральных областей планеты,
содержащих
металлический
водород и проводящих ток.
Юпітер: будова
Юпитер = 2/3 массы планет
Солнечной системы.
Но этого не хватило для того,
чтобы в центре Юпитера начались
термоядерные реакции: планета в
80 раз легче самой маленькой
звезды
главной
последовательности.
Однако
Юпитер
обладает
собственным источником тепла,
связанным
с
радиоактивным
распадом вещества и энергией,
высвобождающейся в результате
сжатия. Если бы он нагревался
только
Солнцем,
температура
верхних слоев была бы равной
100 К, измерения же дают 140 К. В
тепловом
режиме
Юпитера
большую роль играют потоки
внутренней энергии из центра
планеты.
Планета излучает больше энергии,
чем получает от Солнца.
Юпітер: атмосфера
Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из
водорода и на 11 % гелия и напоминает по
химическому
составу
Солнце.
Ее
протяженность
6
тысяч
километров.
Оранжевый цвет атмосфере придают
соединения фосфора или серы. Для людей
она губительна, так как содержит ядовитый
аммиак и ацетилен.
Атмосфера Юпитера создает гигантское
давление,
увеличивающееся
при
приближении к центру планеты.
Большое Красное Пятно
– гигантский вихрь в
атмосфере Юпитера.
Для сравнения показана
Земля.
Достаточно глубоко водород, будучи под
колоссальным
давлением
атмосферы,
находится в жидкой металлической фазе.
Жидкий
металлический
водород
–
необычная
субстанция,
способная
проводить электрический ток.
Предполагают, что под этим слоем нет
твердой массы, в центре Юпитера большая
температура
и
давление
сжимают
небольшое ядро диаметром 25 000 км,
находящееся
в
металло-силикатном
состоянии.
Температура в центре Юпитера – 23 000 К.
Юпітер: супутники
Известно 28 спутников.
Четыре имеют большие
размеры и массу (Ио,
Ганимед,
Европа
и
Каллисто).
Движутся
почти
по
круговым
орбитам
в
плоскости
экватора планеты.
Тройное кольцо Юпитера
открыто в 1979 году, когда
мимо Юпитера пролетал
«Вояджер».
Оно имеет
радиус 129 тыс. км и
толщину 30 км. Кольцо
очень разрежено и состоит
из
пыли
и
мелких
каменных частиц.
Юпітер: супутники (ІО)
Диаметр Ио равен 3630 км.
На Ио - 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой
до 300 км. Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы.
Поверхность Ио молода (ей около миллиона лет) за счет постоянной
сейсмической активности: на ней почти нет метеоритных кратеров;
зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы.
Плотность Ио – 3,55 г/см3. Под расплавленной силикатной
оболочкой – Fe? Ядро.
Юпітер: супутники (Європа)
Радиус Европы 1569 км. Она покрыта водяным льдом. По-видимому, под
ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который
покрывает силикатное ядро («Галилео», 1995). Плотность спутника достаточно
высокая – 3,04 г/см3. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры,
что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы
лет. Нет возвышенностей более 100 м высотой.
Юпітер: супутники (Ганімед)
Самый большой спутник в
системе Юпитера и вообще в
Солнечной системе. Радиус
спутника 2631 км. По своему
диаметру он превосходит
Меркурий.
Плотность Ганимеда всего лишь
ρ = 1,93 г/см3: на спутнике очень
много льда.
Внешне напоминает Луну, но он
значительно крупнее ее. 40 %
поверхности Ганимеда
представляют собой древнюю
мощную ледяную кору, покрытую
огромными древними кратерами
( 3,5 млрд л). Молодые кратеры
имеют светлое дно и обнажают
ледяную поверхность.
Кора Ганимеда состоит из смеси
льда и темных горных пород.
Юпітер: супутники
(Каллісто)
Названный в честь превращенной в медведицу нимфы
Каллисто спутник размером примерно с Меркурий –
третий по величине после Ганимеда и Титана, его диаметр
4800 км.
Средняя плотность ρ = 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто
составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено
собственное магнитное поле напряженностью 750 мТл на
поверхности.
Поэтому
предполагается
наличие
металлического ядра под силикатной корой.
Так же, как и у Ганимеда, многочисленные светлые кратеры
– это более поздние образования на поверхности спутника.
Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами
лет. На ней практически отсутствуют следы вулканической
деятельности.
Гравитационные измерения с борта «Галилео» показали,
что этот спутник состоит только из металлической
оболочки и льда.
Сатурн
Д
О
Уран
Д
О
Нептун
Д
О
Плутон
и Харон
Крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Ее
существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году.
Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо.
Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. Имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к
Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на
расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун. Средняя
скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики
17,2°.
Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и
половины полного оборота.
Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты
122,5°.
Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5∙1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была
определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона.
Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким
образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду,
Каллисто, Титану и Тритону. Плотность ρ = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,06 м/с2.
Плутон
и Харон
Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо
Плутона 0,3.
У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон.
Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута:
планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро
застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести
лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова
можно будет исследовать.
Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона –
холодный мир.
В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а
не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.
2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.
3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна
Плутон та Харон
Плутон
Харон
Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется
по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он
постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле.
Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров.
Плутон та Харон:
порівняння з об’єктами поясу Койпера
Открытия крупных
объектов в поясе
Койпера лишний раз
подтверждает, что
Плутон (+Харон) – не
девятая планета
Солнечной системы, а
лишь крупнейший
объект пояса Койпера.
Однако, пока решено
сохранить за Плутоном
статус планеты.