Kontynentalna

Ziemia
Parametry i dane orbitalne
Parametry Ziemi
Masa
5.9736 10^24 kg
Gęstość
5515 kg/m^3
Promień równikowy
6378.1 km
Promień biegunowy
6356.8 km
„g” na powierzchni
9.78 m/s^2
Prędkość ucieczki
11.186 km/s
GM
Nasłonecznienie
Temperatura pow.
Naturalny satelita
0.3986 10^6 km^3/s^2
1367.6 W/m^2
288 K
1
Parametry orbitalne
Średnia odległość
1.0 AU
Perihelium
147.09 10^6 km
Aphelium
152.10 10^6 km
Mimośród
0.0167
Nachylenie
0.0
Okres orbitalny (syderyczny) 365.256 d
Okres obrotu
Nachylenie osi obrotu
Długość dnia
23.9345 h
23.45^o
24 h
Atmosfera
Skład atmosfery
N_2
O_2
Ar
Śladowe ilości
78.1%
20.9%
< 1%
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
Warstwy atmosfery
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)
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
Zorze polarne
• 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 (110240km)
•
Czerwone - N_2 na wysokości 100km
•
Rubinowo-czerwone - O_2 na wysokości 400
km
•
Żółte - mieszanie się światła czerwonego i
zielonego
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.
• 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.
Pangea
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/