Земля как материальная система

В систематической последовательности, начинающейся Метагалактикой, планеты земной группы занимают определенное место, как подсистема более общей систематической единицы — солнечной системы. Вещество в этой подсистеме существует в своей особой специфической форме, отличной от тех форм существования, которые присущи другим объектам, стоящим на иных систематических уровнях. В свою очередь планеты сами слагаются из подсистем следующего порядка.

К сожалению, у нас пока очень мало данных о внутреннем строении других планет земной группы, поэтому приходится делать выводы, опираясь преимущественно на наши сведения о Земле.
Рассматривая Землю как определенную систему, мы можем прийти к естественному выводу, что основными подсистемами в ней являются различные оболочки Земли. Мы не рассматривали здесь строение и свойства газовой и водной оболочек Земли, их подразделений. С одной стороны, эти оболочки заслуживают специального рассмотрения, с другой стороны, газовая оболочка, как бы важна она ни была со многих точек зрения (например, ее роль в развитии жизни, в процессах выветривания горных пород), все же является лишь самой внешней подсистемой, по своей массе составляющей лишь ничтожную долю массы планеты. Более того, присутствие этой оболочки, видимо, не обязательно и не характерно для этой группы тел. Так, газовая оболочка отсутствует у Луны и Меркурия, она практически ничтожна на Марсе. Только Земля и Венера обладают достаточно выраженными газовыми оболочками. В этом одно из существенных отличий планет земной группы от планет-гигантов, где газовые оболочки играют существенную роль.
Характерными особенностями планет земной группы являются:
1. Вещество планет находится в конденсированном
(твердом и жидком) состоянии, так как газовая оболочка даже для Земли составляет лишь 1/1 000000 массы планеты и ее можно не учитывать  при  рассмотрении планеты в целом.
2. Как следствие первой особенности, планеты земной группы обладают высокой средней плотностью.
3. Размеры, масса, а следовательно, и гравитационное поле таковы, что внутри планет развивается достаточно сильное давление, приводящее к уплотнению вещества. Однако давление еще не настолько велико, чтобы были разрушены электронные оболочки атомов и исчезло всякое химическое взаимодействие.
4. Размеры планет таковы, что благодаря медленности оттока тепла в недрах планет могут возникать довольно высокие температуры, которые достаточны  хотя
бы для частичного, временного расплавления. Однако температуры внутри планет никогда не приближаются к звездным, и, следовательно, внутри планет отсутствуют столь характерные для звезд ядерные процессы.
5. Массы, размеры, температура и давление в недрах планет таковы, что вещество планет обладает специфическими механическими свойствами, которые  выражаются в том, что планеты в целом близки к состоянию гидростатического равновесия, по, кроме того, во многом проявляют себя как твердые, упругие тела.
Конечно, и некоторые другие космические объекты обладают некоторыми из отмеченных свойств, но неполным их набором. Например, вещество метеоритов тоже находится в конденсированном— твердом состоянии, то же справедливо и для астероидов, но они обладают ничтожным собственным гравитационным полем и лишены других свойств планет. Только самые крупные астероиды несколько ближе подходят к планетам.
Выше было показано, что кривая изменения плотности для Земли достаточно хорошо подходит и для других планет группы (вероятно, Меркурий является единственным исключением); таким образом, эта кривая вместе с кривой давления и температуры может рассматриваться как описывающая уравнение состояния вещества в планетарной форме существования. В этом случае подсистемы, т. е. оболочки, определяются отдельными участками кривой уравнения состояния.
Земная кора — это участок кривой, где вещество существует в виде минералов низких давлений с рыхлой, малоплотной упаковкой атомов и ионов. Верхняя мантия— это участок существования минералов высоких давлений с плотной упаковкой атомов и ионов. Нижняя мантия соответствует той части кривой уравнения состояния, где вещество образует предельно плотные структуры и где, вероятно, уже изменяется характер связей между частицами, меняется в какой-то мере химизм ряда веществ. Наконец, ядро — это область еще более коренного изменения свойств под действием давления, здесь вещество находится в очень плотном металлическом состоянии.
Конечно, не во всех планетах осуществляются все эти стадии изменения свойств вещества и, следовательно, не у всех существуют все оболочки. Так, ядро, видимо, есть у Земли и Венеры, Марс имеет начальную часть нижней мантии. Луна вообще может иметь в сущности одну оболочку и в этом сближаться с крупнейшими астероидами, хотя, видимо, отлична от них наличием жидкой центральной части.
Существует и иная точка зрения, согласно которой некоторые оболочки отличаются не столько состоянием, сколько химическим составом. Например, ядро Земли считается железным в отличие от силикатной мантии. В этом случае оболочки возникают не как обязательное следствие осуществления разных участков кривой уравнения состояния, а в силу развития некоторых специфических процессов в гравитационном и температурном поле планеты. Но и в этом случае их появление связано с планетарной формой существования вещества. Например, в астероиде с ничтожным гравитационным полем и невысокой температурой вряд ли можно ожидать образования ядра даже при наличии нужного материала.
Можно не сомневаться, что изменение химического состава от оболочки к оболочке всегда может быть. Так, несомненно, что кора Земли выделилась из мантии и отличается от нее химически, но не менее существенно и то, что это зона существования минералов низких давлений.
Конечно, приведенное рассмотрение планетарной формы существования вещества, как особой специфической формы, очень схематично и касается лишь некоторых сторон явления. На самом деле этот вопрос заслуживает гораздо более полного специального рассмотрения.

************************************************************************************************************************

28 A. Jayaraman, W. Klement, jr., G. С. Kennedy. Melting and polymorphism at high pressures in some group IV elements and III—V compounds with the diamond/zincblende structure. «The Physical Review», second series, v. 130, N 2, 1963, p. 531.