Ziemia
Parametry i dane orbitalne
Parametry Ziemi Masa Gęstość Promień równikowy Promień biegunowy g na powierzchni Prędkość ucieczki GM 5.9736 10^24 kg 5515 kg/m^3 6378.1 km 6356.8 km 9.78 m/s^2 11.186 km/s 0.3986 10^6 km^3/s^2 Nasłonecznienie 1367.6 W/m^2 Temperatura pow. 288 K Naturalny satelita 1
Długość dnia Parametry orbitalne 24 h Średnia odległość Perihelium Aphelium 1.0 AU 147.09 10^6 km 152.10 10^6 km Mimośród 0.0167 Nachylenie 0.0 Okres orbitalny (syderyczny) 365.256 d Okres obrotu Nachylenie osi obrotu 23.9345 h 23.45^o
Atmosfera
Skład atmosfery N_2 78.1% O_2 20.9% Ar < 1% Śladowe ilości CO_2, H_2O (głównie w troposferze), CH_4 (troposfera), N_2O (troposfera), H_2 (troposfera), O_3 (stratosfera), Ne, He, Kr, CO, NO_2 Ciśnienie na powierzchni 1014 mb Prędkość wiatrów: 0 do 100 m/s
Troposfera 0-15 km (większość chmur i zjawisk dotyczących pogody, stały spadek temperatury) Stratosfera 15-50 km (wzrost temperatury) Mezosfera 50-90 km (bardzo mało H_2O, dużo ozonu Od max. temperatury stratopauzy Do min. temperatury mezopauzy) Termosfera >90km (ponowny wzrost temperatury) Warstwy atmosfery
Jonosfera - trzy główne warstwy: D (60-80 km), główne źródło jonizacji to promieniowanie kosmiczne, promieniowanie X i słoneczne Ly_alfa E (80-100 km), źródło jonizacji to promieniowanie X i Ly-beta F (100-400km) główne źródło - promieniowanie UV W warstwach D,E,F1 przeważają jony O_2+ i NO+, w F2 jony O+ powyżej 1000km H+ i He+ Najwięcej elektronów na wys. 300 km
Atmosfera Ziemi jest w dużym stopniu przezroczysta dla fotonów promieniowania widzialnego, absorbowanego dopiero przez powierzchnię. Ogrzana powierzchnia promieniuje w zakresie podczerwonym, lecz energia ta nie wystarcza do jonizacji cząsteczek atmosfery, gdyż jest absorbowana i częściowo odbijana w kierunku Ziemi przez cząsteczki H_2O, CO_2 i O_3 (efekt cieplarniany). Bez efektu cieplarnianego średnia temperatura powierzchni wynosiłaby 255K (-18C)
Warstwa ozonowa - destrukcyjna działalność NO, NO_2 (nawozy) i chlorofluorowęglanów (freon) Silna absorpcja UV Od 10-50 km 1 DU warstwa ozonu o grubości 0.01mm DU- Dobson
Dynamika atmosfery Ze względu na oddziaływania z oceanami - wielokrotne komórki Hadley a na obu półkulach Siła Coriolisa powoduje na półkuli północnej zgodną ze wskazówkami zegara antycyklonową cyrkulację wiatrów wokół miejsc o wysokim ciśnieniu i cyklonową - przeciwnie do wskazówek zegara cyrkulację wokół ośrodków niskiego ciśnienia. Na półkuli południowej jest odwrotnie.
Wiry przy biegunach Ośrodki niskiego ciśnienia przy obu biegunach, mogą osiągać średnicę 1000km Na półkuli północnej rotują przeciwnie do wskazówek zegara (cyklon), a na południowej zgodnie antycyklon Zakotwiczone są w średniej lub górnej troposferze i rozciągają się do stratosfery Ich siła zmienia się z roku na rok. Gdy wir jest silny to ma tylko jedno oko, gdy słaby wiele. Na zdjęciach: północny wir w listopadzie 2013 roku (góra) i styczniu 2014 roku (dół).
Oddziaływanie oceanów z atmosferą - kumulonimbusy Chmury te pompują w górę powietrze i wilgoć, Towarzyszą im silne wyładowania i wiatry, czasami rozrastają się tworząc szybko rotujące (dzięki sile Coriolisa) tornada i huragany Chmury- głównie H_2O (para, woda, lód), trochę S i N Zdjęcie z pokładu Space Shuttle
Ewolucja ziemskiej atmosfery 1. Pierwotna atmosfera Ziemi składała się głównie z wodoru i helu. Atmosfera ta szybko uległa rozproszeniu na skutek działalności geologicznej, zderzeń w epoce Wielkiego Bombardowania i oddziaływania z wiatrem słonecznym 2. W wyniku działalności wulkanicznej i geologicznej uwalniane były gazy CO2, H20, NH3, N2 3. W tym czasie atmosfera Ziemi składała się głównie z CO_2 i pary wodnej, ze śladowym udziałem CH_4 i innych gazów.
Ewolucja ziemskiej atmosfery 4. Wodę na Ziemię przyniosły obfite w nią komety i meteory (duża częstotliwość spadku przez kilkaset mln lat po akrecji Ziemi) 5. Dzisiejsza zawartość tlenu jest rezultatem fotosyntezy w biosferze. Obecna ilość ustaliła się 300 mln lat temu (w erze prekambryjskiej). 6. Dwutlenek węgla nadal jest uwalniany do atmosfery i oceanów (wulkanizm i procesy metamorficzne). CO_2 jest rozpuszczalny w wodzie. Deszcze sprowadzają go z powrotem na Ziemię, gdzie w oceanach łączy się z kationami Ca(2+) i Mg(2+) będącymi produktem wietrzenia skał, spływającymi rzekami do oceanów, produkując w ten sposób wapienie osadowe na dnie mórz i oceanów.
Magnetosfera
Magnetosfera Ziemi Szerokość północnego bieguna magnetycznego: 78.6^o N Długość: 70.1^o W Nachylenie osi dipola do osi rotacji Natężenie pola magnetycznego 10.8^o 0.3076 Gaussa Zmiany polaryzacji dipola Ziemi w ciągu 4mln lat
Magnetosfera Ziemi 1. Fala uderzeniowa ok.. 15 pr. Ziemi, 2. Ogon magnetosfery do 250 pr. Ziemi, 3. Szerokość około 5 pr. Ziemi NENL - near-earth neutral line, miejsce rekoneksji, rozłączania się linii sił pola magnetycznego są to tzw. punkty neutralne, gdyż B=0
Pasy Van Allena Radiacyjne pasy Van Allena - silne źródło promieniowania radiowego w zakresie 10-500kHz. Pas wewnętrzny - dwa, pierwszy zawierający głównie wysoko-energetyczne protony (energia>30 mln ev), powstające na skutek bombardowania atomów i cząsteczek ziemskiej atmosfery promieniowaniem kosmicznym. Podróżują one w stronę biegunów, gdzie pole magnetyczne jest silniejsze i protony są odbijane z powrotem. Zjawisko to nosi nazwę efektu lustrzanego. Drugi zawierający przede wszystkim elektrony. Pas promieniowania kosmicznego ACR - uwięzione jony He, N, O, Ne pochodzenia kosmicznego Pas zewnętrzny - zawiera głównie wysoko-energetyczne elektrony (~400 mln ev), z małą domieszką jonów zarówno atmosferycznych jak i pochodzenia słonecznego (H+ i He+), protony w tym pasie mają dużo niższą energię niż protony z pasa wewnętrznego.
Ruch elektronów i jonów w pasach Van Allena prądy pierścieniowe, w płaszczyźnie równika na wysokości bliskiej geostacjonarnej - protony w kierunku zachodnim, elektrony - wschodnim -> wolne przesuwanie się cząstek z jednej linii sił pola do drugiej cyklotronowe - wokół linii pola magnetycznego wzdłuż linii pola, napotykające na lustro magnetyczne
Plazmosfera do 4-6 promieni Ziemi Skład - głównie protony, mała ilość (2-20%) He i O_2 (1-5%), śladowe ilości jonów N, He i O, miejsce powstawania zórz.
Prądy w magnetosferze: 1. kołowy 2. prądy Birkelanda (stowarzyszone z zorzami): a) region2 current (elektrony) w pasach Van Allena, b) region 1 current (protony) w plazmosferze: po dziennej stronie - w kierunku jonosfery, po nocnej - od jonosfery w kierunku końca ogona 3. prąd poprzeczny magnetopauzy od równika na północ i południe 4. prądy magnetopauzy
Satelita Image, 18 pażdziernik 2000, widok ponad biegunem płn. Obszary gorącej (neutralnej) plazmy, najgęstsze po stronie dziennej Ziemi
na wysokości od 80-300 km, zwykle na szerokości 68-77 stopni powodowane wzbudzaniem atomów i jonów w zderzeniach z wysoko-energet. (10keV) elektronami. Światło niebieskie - jony N_2 na wysokości ok. 100km Zielone - zjonizowane atomy tlenu (110-240km) Czerwone - N_2 na wysokości 100km Rubinowo-czerwone - O_2 na wysokości 400 km Żółte - mieszanie się światła czerwonego i zielonego Zorze polarne
Wnętrze Ziemi
Wnętrze Ziemi
Jądro Wewnętrzne (5251-6378 km) : zestalone, głównie żelazo. W 1985-86 latach odkryto, że oś rotacji tego rejonu jest tylko z grubsza równoległa do zewnętrznej osi rotacji a obrót nieco szybszy (trochę ponad 1^o/rok) od obrotu płaszcza Zewnętrzne (2981-5151 km): płynne, głównie żelazo, z około 10% dodatkiem lżejszych pierwiastków (aby zgadzała się gęstość)
Płaszcz krzemianowy Litosfera: średnio 80 km grubość, skalista warstwa, popękana na płyty tektoniczne, zimniejsza niż reszta płaszcza, warstwa elastyczna Astenosfera: cieplejsza od litosfery, mniejszy współczynnik lepkości, pod obciążeniem (np. lodowców) litosfera załamuje się a astenosfera ma własności płynne Strefa przejściowa (400-660km): znaczny współczynnik lepkości, posiada dwie nieciągłości: na 410 km( rzędu 10-20 km) i 660 km (nagła), zbudowana głównie z oliwinów (Mg, Fe)SO_4, które na różnych głębokościach przechodzą przemiany krystaliczne na 520 km - nieciągłość sejsmiczna Dolny (660-2890km): słabo poznany
Skorupa - lekka: Ca, K, Na, Al. (granity, bazalty) Oceniczna : bardzo stara, średnio 7 km grubości Kontynentalna: młoda, od 25 do 70 km (Himalaje) grubości
Trzęsienia Ziemi (pękanie skorupy, skał) - kluczem do badania jej wnętrza tektoniczne - na skutek ruchu płyt tektonicznych - najczęstszy rodzaj wulkaniczne - związane z działalnością wulkaniczną (lokalne) indukowane - przez działalność człowieka (wybuchy)
Fale sejsmiczne P, S, L, R Fale rozchodzące się wewnątrz Ziemi podłużne fale ściskające P ( Primary ), szybsze i wyższej częstotliwości niż S i powierzchniowe, przez co mogą być słyszalne. Przechodzą przez jądro ziemi, docierają do miejsca trzęsienia kilka sekund przed S, może być słyszalny łomot. poprzeczne fale S ( Shear- ścinające ), rozchodzą się tylko w górnym płaszczu ziemi. Gdy docierają do miejsca trzęsienia powodują uczucie falowania, kołysania się gruntu. Fale powierzchniowe fale L (Love a) poprzeczne fale powierzchniowe, wywołują je P i S gdy docierają do powierzchni, największa amplituda na powierzchni fale R (Rayleigha) fale zwijające, skręcające grunt.
fala P
fala S
Fala L
Fala R
Fale sejsmiczne P, S - pomiar wielkości jądra i warstw wewnętrznych Fale P załamują się na granicy każdego ośrodka
Prędkość sejsmicznych fal P (ściskających), temperatura i ciśnienie w funkcji odległości od powierzchni Ziemi
Mechanizmy kształtowania się powierzchni ruch płyt tektonicznych gorące plamy pióropusze płaszcza
Płyty tektoniczne
Ziemię spośród innych planet wyróżniają ruchy płyt litosferycznych - powstawanie nowej skorupy i niszczenie starej prędkość przesuwu płyt kilka do kilkunastu cm/rok (w ciągu ok. 200 mln lat płyta ulega całkowitej przemianie) ruch płyt jest rezultatem prądów konwekcyjnych działających w płaszczu a powstających na skutek różnicy temperatur między jądrem a skorupą nowa skorupa tworzona jest głównie z bazaltów (krzemiany z domieszką Fe, Mg) gęstszych niż skały kontynentalne
250 mln lat temu - na Ziemi występuje jeden wielki kontynent Pangea otoczony olbrzymim oceanem Panthalasa i mniejszym oceanem Tetyda. Pangea 180 mln lat temu - superkontynent Pangea pęka na dwie części: Laurazję na półkuli północnej i Gondwanę na półkuli południowej. 135 mln lat temu - początek rozpadu Laurazji i Gondwany - pojawiają się zarysy dzisiejszych kontynentów: Laurazja daje początek Ameryce Północnej i Eurazji. Gondwana rozpada się na: Amerykę Południową, Afrykę, Antarktydę, Australię i Indie. 100 mln lat temu - Indie odrywają się od Afryki i dryfują w stronę Azji.
Płyty litosferyczne
Skorupa oceaniczna najstarsze obszary niebieskie, najmłodsze czerwone
Ruchy tektoniczne rozbieżne, zbieżne i przesuwne
Rozbieżny ruch płyt szczelina środkowoatlantycka szczelina wschodnioafrykańska
Islandia - miejsce rozdzielania płyt Północnoamerykańskiej i Euroazjatyckiej
Rozdział płyt - Arabskiej i Wschodnioafrykańskiej
Zbieżne ruchy płyt litosferycznych płyta oceaniczna zbiega się z płytą kontynentalną płyta oceaniczna zbiega się z płytą oceaniczną płyta kontynentalna zbiega się z płytą kontynentalną
Płyta oceaniczna z kontynentalną W miejscu subdukcji występują wąskie rowy długie na tysiące km i 8-10km głębokie. Są to najgłębsze części oceanów.
Nazca - S.America plate collision ruchy górotwórcze - Andy, Appalachy,... silne, niszczycielskie trzęsienia Ziemi stratowulkany - góra św. Heleny,..
Płyta oceaniczna z oceaniczną ruchy tworzące nową skorupę rowy oceaniczne - rów Mariański wulkany oceaniczne wyspy wulkaniczne - Aleuty, Japonia Indonezja
Płyta kontynentalna z kontynentalną zamiast subdukcji - wypiętrzanie, Himalaje HIMALAYAS collision between the Indian and Eurasian plates has pushed up the Himalayas and the Tibetan Plateau
Ruchy przesuwne większość uskoków na dnie oceanów uskok lądowy San Andreas - Kalifornia (za mln lat, część Kaliforni dołączy do Alaski)
Uskok San Andreas, Kalifornia, 100 km na północ od Los Angeles. Po prawej płyta pólnocno-amerykańska, po lewej pacyficzna. Po prawej góry Tehachapi, po lewej grzbiety gór Św. Gabriela
Przesunięcie ziemi o 2.5 metra po trzęsieniu ziemi w San Francisco w 1906 roku.
Gorące plamy
Gorące plamy - miejsca powstawania wulkanów tarczowych
Hawaje, Azory, Galapagos... wyspy wulkaniczne Wulkan Wolf
Pióropusze płaszcza
Pióropusze płaszcza - płaskowyże
Lokalizacja superpióropuszy
Wirtualne trzęsienie Ziemi
Dodatkowa literatura 1. www.mantleplumes.org 2. http://www.geo.mtu.edu/volcanoes/