Порода

В предыдущей статье мы стремились проследить, как из элементарных частиц постепенно складываются все более сложные системы. На рисунке 66 в статье «Строение вселенной» эта постепенно возрастающая сложность изображена, начиная с ядра, атома, молекулы, кристалла и кончая породой и планетным телом.

Порода — система кристаллов

Как правило, такое упорядочение вещей (то есть структур) называется иерархией структур. Каждое тело состоит из более простых частей, которые называются субсистемами. Кристалл, например, есть система молекул, из чего следует, что молекула является субсистемой кристалла. Но в то же время сама молекула является системой атомов, то есть атом — субсистема молекулы.

Порода — это группировка или система разных кристаллов, связанных между собой электромагнитными силами.

Она может быть громадной и составлять горный хребет. Но породой следует считать также обломок метеорита в музее, и он состоит из ряда разных кристаллов (например. троилит, тэнит, и т.д.).

Геологи различают породы скорее по их происхождению, чем по кристаллам (минералам), из которых порода состоит.

Породы, возникшие в процессе охлаждения и кристаллизации горячей магмы, называются вулканическими (изверженными). Земная кора состоит прежде всего из них, хотя они не всюду выходят на поверхность.

Меньшую часть представляют собой породы осадочные и метаморфические. Породы земной коры, по которым мы ходим, состоят преимущественно из кристаллов разных силикатов.

В верхних слоях преобладают силикаты алюминия, в более глубоких — силикаты железа и магния.

Планетное тело — система пород

Самыми сложными системами, находящимися в твердом состоянии, являются астероид, спутник или планета. Это системы пород.

Спутники Юпитера
Сравните спутники Юпитера: Ио (3600 км), Европа (3100 км), Ганимед (5270 км), Каллисто (5000 км). Они называются Галилеевы по имени их открывателя.

Некоторые из планет (а также Титан — спутник планеты Сатурн) окружены газовой атмосферой, но центральную их часть всегда образуют породы. Так обстоит дело и с самой большой планетой — Юпитером, центр (ядро) которого состоит, по всей вероятности, из силикатов железа.

Ядро Юпитера и прочих планет-гигантов (Сатурн, Уран, Нептун) окружено толстым слоем газов — прежде всего водорода (Н2), гелия (Не), метана (СН4), аммиака (NH3). Между газовой оболочкой и ядром находится толстый слой металлического водорода.

Титан - спутник Сатурна
Самый большой спутник Сатурна — Титан. Его диаметр (5800 км) превышает диаметр Меркурия (4850 км). Поверхность Титана для нас невидима, так как он окутан непрозрачной атмосферой, в состав которой входят азот, водород, метан, аммиак и разные органические молекулы.

Давление и плотность в этом слое настолько велики, что электроны свободно передвигаются среди протонов. При давлении, превышающем 2.5 миллиона атмосфер, водород приобретает свойства жидкого металла (то есть похож на ртуть).

Недра Юпитера и прочих планет-гигантов представляют собой металлический водород.

В самом центре, под металлическим водородом находится небольшое ядро из железа и пород (прежде всего силикатов). Ядро, по всей вероятности, находится под оболочкой из твердого металлического водорода, а над этим слоем — жидкий водород.

Таким образом, даже водород способен при необыкновенно высоком давлении стать породой, покрывающей ядро планет-гигантов.

Но не только водород, даже лед может представлять собой породу и принимать участие в строении тела планет.

Титан, например, полностью покрыт льдом и его низкая плотность (всего в 1.6 раз больше плотности воды) указывает на то, что этот самый большой из спутников Сатурна имеет маленькое ядро из кремнекислых пород, покрытое громадным покровом льда.

Кстати, толстый слой вечного льда покрывает также полярные области и нашей планеты.

Исследование колец планеты Сатурн с близкого расстояния (при помощи аппаратуры на космической станции Войаджер 1) показало, что кольца представляют собой громадное количество ледяных глыб с диаметром несколько метров и большое количество малых пылинок, которые подобно маленьким спутникам вращаются вокруг планеты-гиганта.

Кольца Сатурна
Кольца Сатурна состоят из множества камней, кусков льда и мельчайшей пыли.

Их орбиты находятся в одной плоскости, и поэтому образуют кольца.

Примерно такую же структуру пород, как у Титана, мы можем найти и в кометах, то есть в телах во много раз меньших. Масса Титана, к примеру, равна 9*1021 кг, в то время как масса кометы Галлея равна 2.5*1016 кг.

Комета на пути к Солнцу
Комета представляет собой скалу диаметром около 1 км, покрытую толстым слоем льда и снега. Когда она приближается к Солнцу на расстояние 200-300 миллионов км, происходит сублимация поверхности, возникает обширная газовая оболочка (кома) и длинный хвост.

Кометы прилетают к нам, как известно, из отдаленных частей Солнечной системы, где их насчитываются миллиарды. Солнечное излучение там настолько ничтожно, что в кометах нельзя различить голову и хвост.

Кометы — это всего лишь огромные шары из снега и льда диаметром в десять километров и более. В центре шара скрыто скалистое ядро диаметром около километра.

Если такой гигантский снежный шар приблизится к Солнцу, ближе чем планета Марс, то при воздействии солнечного тепла происходит сублимация льда, который превращается в газ.

За одну лишь секунду из снежного шара могут выделиться десятки тонн самых различных газов (СО, СО2, ОН, NH, О и т.д.), что само по себе уже является доказательством того, что ядро кометы состоит не только из водяного льда, но и из других твердых веществ (метановый и аммиачный лед).

Выделяющийся газ создает вокруг ядра гигантскую оболочку, так называемую кому.

Кома (по-гречески «волосы») — очень разреженная газовая среда, более разреженная, чем воздух, которым мы дышим.

В то же время она намного больше Земли, а подчас превышает и размеры Солнца. Солнечный ветер отгоняет кому от Солнца и этим создает хвост, длина которого достигает десятков миллионов километров.

Мелкие твердые тела, состоящие из пород, например, метеороиды, ядра комет, маленькие спутники планет и преобладающее большинство астероидов не рассыпаются благодаря электрическим силам. Их масса невелика, по этой причине мала и их сила гравитации.

Спутник Марса - Фобос
Фобос -ближайший и больший спутник Марса. По форме он напоминает картофелину. Его величина примерно 19 х 22 х 28 км. Ось спутника расположена по направлению к Марсу. Диаметр кратеров от 10 метров до 1.2 км.

Так например, спутник Марса Дэймос имеет размеры 11x12x15 км, второй спутник Марса — Фобос, похож на картофелину размерами 19х21х27 км. Среди малых планет также выделяется своей неправильной формой астероид Географос, напоминающий продолговатую сигару.

Поверхность Фобоса спутника Марса
Поверхность Фобоса покрыта множеством кратеров, которые возникли в результате падения метеоритов, так же как и на Луне. До сих пор не удалось установить, что представляют собой длинные узкие складки на поверхности Фобоса, ширина которых 100-200 м.

Чем больше и массивнее твердое тело, тем большую роль играет его гравитация, влияющая не только на другие тела, но и на свое собственное (так называемое собственное притяжение, при помощи которого отдельные части тела притягиваются друг к другу).

Влияние гравитации на породу

Внутри твердых тел с диаметром, превышающим 500 км, собственное притяжение уже столь велико, что кристаллическая структура пород разрушается. Твердая порода превращается в податливое тестообразное вещество, в котором уравновешиваются давления разных направлений.

Неправильности формы тела также исчезают: высокие пики слишком тяжелы, поэтому они проваливаются вниз, ближе к центру, и наоборот, легкие части тела — впадины — выталкиваются тестообразным веществом вверх.

Это выравнивание давления называется изостатическим равновесием.

Под действием собственного притяжения тело стремится к шарообразной форме.

Влияние центробежных сил

Шарообразная форма быстровращающихся тел (например, Юпитера) приплюснута вследствие действия центробежной силы.

Сплющивание планет при вращении
Большие тела (планеты, звезды) в результате собственного притяжения приобрели шарообразную форму. При быстром вращении центробежная сила сплющивает их. Примером этому может служить Юпитер.
Оцените статью
Добавить комментарий