Наша Вселеннаявечна, она — один из «пузырьков» в Сверхвселенной, конца эволюции Вселенной нет.

⇐ ПредыдущаяСтр 25 из 26Следующая ⇒

К сожалению, выйти за границы нашей Вселенной для исследования других вселенных не косвенно (расчетным путем), а непосредственно (экспериментально) даже в будущем невозможно. Дело в том, что границы Вселенной расширяются со скоростью, большей скорости света, т. е. границы нашей Вселенной удаляются быстрее любого сигнала, который человек может послать к ним.

Солнце. Солнечная система. В Солнечную систему входят 9 планет - Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, которые перечислены здесь по мере удаления их от Солнца (рис. 89).

Сила тяготения Солнца вызывает движение планет вокруг него по орбитам, находящихся на различных расстояниях. Среди планет Солнечной системы к «земной группе» относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс, а к «планетам-гигантам» - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Планеты-гиганты быстрее вращаются вокруг оси и по количеству спутников превосходят планеты «земной группы». У трех планет - Венеры, Земли и Марса имеется атмосфера. К Солнечной системе относятся также кометы и метеоритное вещество.

Рис. 89. Планеты Солнечной системы

Длительное время положение Солнца среди звезд считалось самым заурядным, и только теперь стало ясно, насколько оно «привилегированное». Миллиарды лет Земля не испытывала катастрофического воздействия наиболее мощных космических катаклизмов, случавшихся за это время, что непременно следует учитывать при рассмотрении возможности существования жизни в иных частях нашей Галактики и Вселенной в целом.

На рис. 90 показано соотношение размеров планет Солнечной системы и Солнца.

Рис. 90. Соотношение размеров планет и Солнца: самая крупная планета – Юпитер (слева).

Изучая движение планет под действием притяжения Солнца, астрономы определили массу Солнца. Она оказалась почти в 333 400 раз больше массы Земли. При помощи особых приборов ученым удалось определить, что температура на поверхности Солнца достигает 6000°C.

Вследствие такой высокой температуры Солнцене может быть ни в твердом, ни в жидком состоянии. Солнце - это колоссальный шар, состоящий из раскаленных газов, в центре которого температура достигает 20 млн. градусов. Раскаленные солнечные газы находятся в постоянном движении.

Итак, Солнце- центральное тело Солнечной системы, которое представляет собой типичную, довольно распространенную во Вселенной звезду-карлик. Это раскаленный плазменный шар. Его масса составляет большую часть массы всей Солнечной системы и равно 2*20³⁰ кг (масса Солнца в 750 раз превышает массу всех планет Солнечной системы и в 330 000 раз массу Земли). Химический состав Солнца представлен на 90% водородом, около 10% гелием и десятые доли всех остальных элементов. Средний цикл солнечной активности – 11 лет (полный – 22 года). Возраст – около 5-ти млрд лет. Полное количество энергии, излучаемое Солнцем, составляет 3, 86*10²⁶Вт. Это соответствует 6, 5 кВт с каждого квадратного сантиметра его поверхности!

Источник солнечной энергии - термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Излучение передается из недр Солнца излучением, а с поверхности – конвекцией (рис. 91).

С конвекционным перемещением плазмы связано возникновение солнечных пятен. Для характеристики солнечной активности используют число Вольфа.[15]

Рис. 91. Внутреннее строение Солнца

Солнечная атмосфера, состоящая из хромосферы и солнечной короны, находится в сложном динамическом состоянии, в ней наблюдаются солнечные (хромосферные) вспышки, протуберанцыи из неё непрерывно происходит истечение вещества короны в межпланетные пространства (солнечный ветер). Протуберанцы (рис. 92) - это огромные по объему облака газа в виде «занавесей» или столбов, масса которых измеряется миллиардами тонн. Отдельные части протуберанцев могут подниматься вверх со скоростью до нескольких сотен км/с и на расстояние до 1 млн. км.

Рис. 92. Солнечный протуберанец

Имеется зависимость между солнечной активностью и процессами жизнедеятельности растений и животных, здоровьем человека, погодно-климатическим аномалиям и другим явлениям.

Как отмечалось выше, Солнечная системанасчитывает 9 больших планет, часть из которых обладает спутниками, и несколько тысяч малых планет-астероидов. У трёх планет - Венеры, Земли и Марса - имеется атмосфера. К Солнечной системе относятся также кометы и метеоритное вещество.

Изучение истории Земли показывает, что наша планета в течение миллиардов лет получала от Солнца столько же тепла и света, сколько получает и теперь. Это значит, что за это время количество тепла и света, излучаемого Солнцем, существенно не менялось. Но все изменения, которые происходят в поверхностных слоях Солнца, отражаются на явлениях, происходящих на Земле. Например, полярные сияния, происходящие в атмосфере Земли на высоте от 100 км и выше, чаще всего наблюдаются в годы максимумов пятен на Солнце.

Солнцене только испускает лучи света, радиолучи, но и выбрасывает частички вещества, среди которых много заряженных электричеством. Приближаясь к Земле, потоки частиц сосредоточиваются вокруг магнитных полюсов Земли. Влетая с большой скоростью в самые верхние, наиболее разреженные слои атмосферы, они ударяются об отдельные частицы разреженного воздуха, вызывают их свечение и сами светятся. Эти потоки электрически заряженных частиц, как и всякий электрический ток, несут с собой магнитные силы, которые влияют и на магнетизм Земли. В результате наблюдается колебание магнитной стрелки компаса, иногда очень сильное, называемое магнитной бурей. Тогда компас становится ненадежным путеводителем. В это же время иногда происходят нарушения телеграфной и телефонной связи между далекими пунктами.

Влияние потоков частиц вещества, несущихся от Солнца к Земле, сказывается и на распространении радиоволн: слышимость ухудшается иногда до такой степени, что приходится прекращать радиоприем, особенно на коротких волнах. Это бывает обычно в периоды, когда на Солнцебольше пятен, факелов или ярких вспышек. Замечено еще, что в годы максимума солнечных пятен на Земле бывает больше гроз. В этом так же проявляется действие потоков заряженных электричеством частиц, выбрасываемых Солнцем.

Очень важно знать, как изменения на Солнцевлияют на перемену погоды и на радио. Для этого в России и в других странах созданы так называемые Службы Солнца.

С запуском искусственных спутников Земли представилась возможность исследовать солнечное излучение при помощи приборов, помещенных в спутниках для улавливания тех лучей, которые поглощаются нашей атмосферой и не доходят до земли.

Откуда берется энергия Солнца, не остывает ли оно и долго ли еще будет снабжать Землю теплом и светом? Делалось много разных предположений об источниках солнечной энергии. Но только новые открытия физики позволили это объяснить. Зная, что происходит в наружных слоях Солнца, и пользуясь законами физики, астрономы установили, что в недрах Солнца температура около 20 млн. градусов. В этих условиях происходит сложное превращение самого легкого элемента - водорода - в гелий. При этом выделяется огромное количество атомной энергии, которой вполне достаточно, чтобы обеспечить излучение Солнца. Водорода же на Солнце, по подсчетам ученых, хватит еще на несколько миллиардов лет. Поэтому в ближайшее время нам не грозит никакая катастрофа из-за ослабления солнечного излучения.

Строение и эволюция Земли. Земля - третья от Солнца планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг него по эллиптической орбите со средней скоростью 29, 765 км/с на среднем расстоянии 149, 6 млн. км за период, равный 365, 24 средних солнечных суток. Имеет спутник - Луну, обращающуюся вокруг Земли на среднем расстоянии 384 400 км. Наклон земной оси к плоскости эклиптики[16] составляет 66^о33^’22^”, период вращения вокруг оси - 23 часа 36 минут 41 секунду. Вращение вокруг оси вызывает смену дня и ночи (рис. 93 и 94), наклон оси и обращение вокруг Солнца - смену времен года (рис. 95).


Рис. 93. Смена дня и ночи в результате вращения Земли вокруг оси.	Рис. 94. На этой фотографии, сделанной в течение всей ночи над обсерваторией, находящейся в районе Южного полюса, видны траектории звезд. Такие траектории получились благодаря осевому вращению Земли.

Рис. 95. Смена времен года

Дни и ночи в разных местах земного шара и в разное время года длятся по-разному. На полюсах Земли – Северном и Южном - полярный день длится 6 месяцев и столько же длится полярная ночь.

В средней полосе России весной и летом дни длинные, а ночи короткие. Осенью и зимой наоборот – дни короткие, а ночи длинные. Это происходит потому, что воображаемая ось земли всегда наклонена под углом, и солнечный свет по-разному освещает разные точки Земли. Только на экваторе (воображаемой линии, которая делит земной шар на два полушария) день всегда равен ночи. Там не бывает сумерек. Ровно в 6 часов вечера Солнцескрывается за горизонтом, а в 6 часов утра наступает рассвет. Так бывает на экваторе в любое время года.

Форма Земли - геоид, сфероидный средний радиус 6371, 032 км, экваториальный - 6378, 160 км, полярный - 6356, 772 км. Земля обладает магнитным и тесно связанным с ним электрическим полем (рис. 96).

Рис. 96. Магнитное поле Земли

Гравитационное поле Земли обусловливает сферическую форму Земли и существование атмосферы.

Современные астрономы, геологи и биологи пришли к выводу, что Земля образовалась из холодного газопылевого облака, и ее возраст составляет 4, 5—5 млрд. лет.

В начальный период развития наша планета была мало похожа на свое современное состояние. Столкновения частиц газопылевого облака вызвали их нагрев, после чего начали проявляться процессы гравитационной дифференциации вещества. Тяжелее элементы опустились вниз и образовали ядро Земли, а легкие — поднимались, в результате чего образовалась мантия и земная кора. Огненно-жидкая Земля остывала, покрывалась коркой, коробилась по мере остывания недр и уменьшения их объема. В результате 4 млрд. лет назад возникла твердая базальтовая оболочка (кора) и начался необратимый процесс ее развития. Горные породы, слагающие земную кору, образовывались в определенной последовательности, В определенный момент размеры Земли стали таковы, что газы, выделявшиеся на поверхности из ее недр, стали удерживаться и образовали атмосферу, состоявшую в те времена из воды, аммиака, диоксида углерода и метана.

Земное ядросостоит из внешнего (жидкого) и внутреннего (твердого) ядра (рис. 97).

Рис. 97. Внутреннее строение Земли.

По составу в земном ядре около 90% железа с примесью кислорода, серы, углерода и водорода, а в центральной части внутреннего ядра состав представлен железо-никелевыми соединениями, как и в большинстве метеоритов.

Мантия- силикатная оболочка - расположена между ядром и подошвой литосферы. Верхняя мантия - до глубины 400-1000 км, нижняя - до глубины 2900 км. Мантия состоит из плотных зеленовато-черных железо-магниевых силикатов (перидотита, дунита, эклогита). В условиях поверхностных температур и давлений эти породы примерно вдвое жестче, чем гранит, а на больших глубинах становятся пластичными и медленно текут. Благодаря распаду радиоактивных элементов (особенно изотопов калия и урана) мантия постепенно нагревается снизу. Иногда в процессе горообразования блоки земной коры погружаются в мантийное вещество, где они плавятся, а затем во время вулканических извержений вместе с лавой выносятся на поверхность.

Земная кора- тонкая внешняя оболочка Земли средней мощностью 32 км. Наиболее тонкая она под океанами (от 4 до 10 км), а наиболее мощная – под материками (от 13 до 90 км). На кору приходится примерно 5% объема Земли.

Различают континентальную и океаническую земную кору. Первая из них ранее называлась сиаль, поскольку слагающие ее граниты и некоторые другие породы содержат в основном кремний (Si) и алюминий (Al). Океаническая кора называлась сима по преобладанию в составе ее пород кремния (Si) и магния (Mg). Обычно она состоит из темноцветных базальтов, часто вулканического происхождения. Существуют также районы с корой переходного типа, где океаническая кора медленно превращается в континентальную или, наоборот, часть континентальной коры преобразуется в океаническую. Такого рода трансформации происходят в процессе частичного или полного плавления, а также в результате кó ровых динамических процессов.

Около трети земной поверхности составляет суша, состоящая из шести материков (Евразии, Северной и Южной Америки, Австралии и Антарктиды), островов и групп островов (архипелагов). Бó льшая часть суши расположена в Северном полушарии. Взаимное расположение материков менялось на протяжении геологической истории. Около 200 млн. лет назад материки располагались в основном в Южном полушарии и образовывали гигантский суперконтинент Гондвану.

Высота поверхности земной коры существенно различается от района к району: самая высокая точка на Земле – гора Джомолунгма (Эверест) в Гималаях (8848 м над уровнем моря), а самая низкая – на дне впадины Челленджер в Марианском желобе вблизи Филиппин (11 033 м ниже уровня моря). Таким образом, амплитуда высот поверхности земной коры – более 19 км. В целом горные страны с высотами свыше 820 м над уровнем моря занимают примерно 17% поверхности Земли, а остальная территория суши – менее 12%. Около 58% земной поверхности приходится на глубоководные (3–5 км) океанические бассейны, а 13% – на довольно мелководный континентальный шельф и переходные области. Бровка шельфа обычно расположена на глубине около 200 м.

Пробурить земную кору и достичь слоя мантии пока не удалось даже на самых мощных сверхглубоких скважинах. Одна из них пробурена на северо-западе России на Кольском полуострове. Максимальная глубина, которую удалось преодолеть, составила 15 км (рис. 98).

Рис. 98. Слева — глубина шахт по добыче полезных ископаемых и толщина земной коры; справа — толщина земной коры и литосферы

«В наше время легче, да и проще определить состав звезд, удаленных от нас на миллиарды километров, измерить их температуру....чем проникнуть в чрево Земли» - Гарун Тазиев, бельгийский вулканолог (род. в 1914 г.).

На основе изучения этих и других скважин получено большое количество информации о составе, температуре и других свойствах земной коры. Кроме того, в районах интенсивных тектонических движений, например, в Большом Каньоне р.Колорадо и в горных странах, удалось составить детальное представление о глубинном строении земной коры.

Установлено, что земная кора состоит из твердых горных пород. Исключение составляют привулканические зоны, где существуют очаги расплавленных пород, или магмы, которые изливаются на поверхность в виде лавы. В целом породы земной коры примерно на 75% состоят из кислорода и кремния и на 13% – из алюминия и железа. Сочетания этих и некоторых других элементов образуют минералы, входящие в состав горных пород. Иногда в земной коре обнаруживаются в значительных концентрациях имеющие важное хозяйственное значение отдельные химические элементы и минералы. К ним относятся углерод (алмазы и графит), сера, руды золота, серебра, железа, меди, свинца, цинка, алюминия и др. металлов.

Литосфера- объединяет земную кору, подкорковую часть астеносферы (зона перехода от охлажденных твердых пород к частично расплавленному веществу мантии). Характерным признаком литосферы является содержание в ней твердых кристаллических пород, обуславливающих ее жесткость и прочность. Литосферные плиты, слагающие внешнюю оболочку Земли, образуются за счет остывания и полной кристаллизации частично расплавленного вещества астеносферы.

Рис. 99. Схема геологического цикла Земли по Дж. Андерсону

Взаимное расположение и очертание континентов и океанского дна постоянно изменяются. В пределах верхних оболочек Земли происходит непрерывная, постепенная замена одних пород другими, называемая большим круговоротом вещества. Геологические процессы образования и разрушения гор являются величайшими энергетическими процессами в биосфере Земли.

В пределах литосферы горные породы постоянно, хотя очень медленно, перемещаются, образуя геологические циклы (рис. 99). Геофизические процессы (извержение магмы, вулканическая активность и поднятие крупных блоков земной коры) осуществляются за счёт тепла, выделяющегося в результате распада в недрах Земли изотопов калия, урана и тория. Процессы, протекающие на земной поверхности - эрозия, выветривание и перенос осадков, - происходят за счёт энергии Солнца, трансформированной в кинетическую энергию ветра и водных потоков, а также в тепловую энергию.

Наиболее быстро движение в геологическом цикле происходит при извержении вулканов и излиянии лав в районах рифтовых долин. Круговорот осадочного вещества осуществляется за десятки и сотни миллионов лет. В экологическом масштабе времени минералы, отложившиеся в глубоководных осадках, можно считать полностью выведенными из круговорота.

Уникальность Земли. Путь эволюции Земли в решающей мере был предопределён как местом Земли в Солнечной системе, светимостью Солнца, так её массой и химическим составом. Так, если бы наше Солнцепринадлежало к типу переменных звёзд, то на Земле попеременно становилось бы нестерпимо жарко или невыносимо холодно. Если бы масса Солнца была существенно большей, то оно уже через несколько десятков или сотен миллионов лет после своего образования взорвалось бы и превратилось в нейтронную звезду или в чёрную дыру. Солнце — спокойная звезда со средней звёздной массой, относится к звёздам-карликам спектрального класса G2 и является стационарной звездой, слабо меняющей свою светимость в течение многих миллиардов лет. Последнее особенно важно, поскольку за последние 4 млрд. лет оно позволило земной жизни пройти длительный путь эволюции от зарождения простой и примитивной жизни к её высшим формам.

Оптимальным оказалось и расстояние Земли от Солнца, поскольку при их более близком взаимном расположении на Земле было бы слишком жарко и мог бы возникнуть, как на Венере, необратимый парниковый эффект, а при более удалённом — Землю сковал бы мороз и она могла превратиться в „белую“ планету с устойчивым оледенением.

Возникновение Луны на близкой околоземной орбите существенно ускорило тектоническое развитие Земли. Если бы у нашей планеты не было такого массивного спутника, то Земля, скорее всего, подобно Венере, медленно вращалась бы в обратную сторону и так же задержалась в своём тектоническом развитии на 2, 5 — 3 млрд. лет. В таком варианте сейчас на Земле господствовали бы условия позднего архея с плотной углекислотной атмосферой и высокими температурами, а вместо современной высокоорганизованной жизни Землю населяли бы только примитивные бактерии — одноклеточные прокариоты.

Эволюция Земли в тесном взаимодействии с Солнцем и Луной - это оптимальная и тонко сбалансированная система, так удачно обеспечившая появление на нашей планете весьма комфортных условий для возникновения и развития высокоорганизованной жизни. При ближайшем рассмотрении этой системы обращает на себя внимание оптимальная масса Земли, способная удерживать на своей поверхности умеренно плотную атмосферу, а также исключительно удачный её химический состав. Действительно, даже сравнительно небольшие отклонения от исходных концентраций в земном веществе таких элементов и соединений, как Fe, FeO, CO₂, H₂O, N₂ и др., могли привести к необратимым и катастрофическим для жизни последствиям. В частности, если бы в первичном земном веществе было меньше воды, то с меньшей интенсивностью поглощался бы углекислый газ и он стал бы накапливаться в земной атмосфере. В результате ещё в архее мог возникнуть необратимый парниковый эффект и наша Земля превратилась бы в „горячую“ планету типа Венеры. Если бы воды было заметно больше, либо меньше свободного железа, то Земля превратилась бы в планету „Океан“. Если бы в Земле было меньше азота, то ещё в раннем протерозое она превратилась бы в сплошь покрытую снегом „белую“ и холодную планету. При большем количестве свободного (металлического) железа в первичном земном веществе в современной атмосфере, как и в протерозое, не смог бы накапливаться свободный кислород, а следовательно, на Земле не могло возникнуть царства животных. Наоборот, при меньшей исходной концентрации железа уже сейчас или даже раньше должно было начаться обильное выделение эндогенного (абиогенного) кислорода, и всё живое на Земле к настоящему времени уже „сгорело“ бы в такой атмосфере. Кроме того, процесс дегазации глубинного кислорода должен привести к сильнейшему парниковому эффекту, после чего Земля также превратилась бы в горячую планету типа Венеры.

ПРИЛОЖЕНИЕ VI

⇐ Предыдущая 17 18 19 20 21 22 23 242526 Следующая ⇒