 |
Задания для самостоятельной работы
|
|
|
|
Учение о биосфере
Тема 1. Земля во Вселенной
1.1. Общие сведения о Солнечной системе
По данным углеводородного состава Солнечная система образовывалась в течении 2 млн. лет из газопылевого облака путем гравитационного сжатия. По данным радиоуглеродного анализа, проведенного специалистами калифорнийскими специалистами, началом ее формирования считают примерно 4,57 млрд. лет назад.
На сегодняшний день Солнечная система представляет собой систему планет, центром которой является звезда Солнце. Остальные естественные космические объекты, входящие в систему вращаются вокруг этой звезды. Основная масса Солнечной системы приходится на Солнце, остальная часть распределена по восьми планетам (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Последние распределяются в пределах плоскости эклиптики. Шесть из перечисленных планет имеют естественных спутников.
Считается, что Солнечная система прошла три стадии эволюции, второй из которых является стадия появления планет. Величина этих планет не превышала размеры Марса. Затем, в результате столкновений последних начинается третья стадия, в которой сейчас и находится Солнечная система и планеты стали такими, какими их видят сейчас.
Кроме планет в Солнечной системе имеются области, заполненные малыми телами. Между Марсом и юпитером располагается пояс астероидов, состоящий из металлов и силикатов. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются Церера, Паллада, Веста и Гигея. За орбитой Нептуна находятся транснептуновые объекты, крупнейшими из которых являются Седна, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк, Эрида и Плутон. Последний из разряда планет переведен в разряд транснептуновых объектов по своему размеру и составу. Все перечисленные объекты состоят из замерзшей воды, аммиака и метана.
|
|
|
Из других космических тел в Солнечной системе различают планетные квазиспутники, троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды и перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль.
Поток плазмы от Солнца, или так называемый солнечный ветер создает пузырь в межзвездной среде или гелиосферу.
Сама Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь.
Общая характеристика центрального тела Солнечной системы
Планеты Солнечной системы вращаются вокруг центральной звезды с разной скоростью. Центральной звездой является рядовая звезда нашей галактики Солнце, возраст которого примерно 5 миллиардов лет.
Солнце представляет собой газовый шар, не имеющий четкой границы. Его плотность постепенно убывает. Однако, в телескоп Солнце предстает резко очерченным диском. Это связано с тем, что все видимое излучение звезды исходит из очень тонкого слоя – фотосферы, толщина которого не превышает 300 км. Именно этот светящийся слой создает иллюзию поверхности Солнца.
Вся фотосфера Солнца состоит из многочисленных световых гранул и темных промежутков между ними. Размеры гранул от 1000 до 2000 км, тогда как промежутки между ними – всего 300-600 км. Эти гранулы не постоянны – часть из имеющихся исчезает (они взрываются), появляются новые. Каждая гранула живет не более 10 минут. На поверхности фотосферы Солнца одновременно можно наблюдать около 1 млн. гранул. Физическим процессом, ответственным за это явление является конвекция (перенос тепла большими массами горячего вещества снизу). Грануляция создает общий фон Солнца, на котором возникают еще более контрастные и крупные объекты – солнечные пятна и факелы.
Солнечные пятна
Солнце вращается вокруг своей оси, но разные его участки вращаются с разной скоростью. Участки горячей плазмы, передвигающиеся с разной скоростью, образуют своеобразные «ленты», на границах которых образуются возмущения локальных магнитных полей. Именно на этих участках и возникают солнечные пятна.
|
|
|
Солнечные пятна – это темные образования на диске. Они имеют довольно сложное строение. Темную область тени окружает полутень, диаметр которой практически вдвое превышает таковой самой тени. Газ в пятнах прозрачнее окружающей атмосферы, в связи с чем создается эффект глубокой тарелки. Особенно это хорошо просматривается на краю солнечного диска. Большие пятна являются углублениями в фотосфере. Исследования показали, что «дно» пятна лежит ниже уровня фотосферы в среднем на 700 км. Таким образом, пятна представляют собой гигантские воронки в фотосфере. Полутень, окружающая пятна представляет собой вихревую структуру хромосферы, что указывает на существование движений газа вокруг солнечного пятна. Это привело к мысли, что пятна – это мощный магнит.
Солнечные пятна – это места выхода в солнечную атмосферу сильных магнитных полей. Магнитные поля снижают поток энергии, идущей изнутри к фотосфере, поэтому температура плазмы в этих местах ниже, чем в фотосфере. Температура пятен ниже, а следовательно и свечение их слабее, что придает им более темную окраску на общем фоне. Магнитные поля солнечных пятен в тысячи раз превышают таковые земного магнитного поля. Напряженность магнитного поля земли около 0,5 эрстеда, тогда как в солнечных пятнах она всегда больше 1500 эрстед. Установлено, что магнитным полем обладает не только Земля и Солнце, но и другие небесные тела. Однако только Земля имеет постоянное дипольное магнитное поле с двумя полюсам. Магнитное же поле Солнца может изменять свою полярность и отличается более сложной структурой. Несмотря на то, что солнечные пятна являются относительно сильными магнитами, общее магнитное поле Солнца не превышает 1 эрстед, что в несколько раз больше среднего поля Земли. Магнитное поле пятен создает изолирующий слой под пятном, что резко уменьшает приток энергии, идущей из ядра. Большие пятна обычно появляются парами, и каждая такая пара располагается почти параллельно экватору Солнца. Головное (ведущее) пятно обычно движется быстрее замыкающего. Поэтому в первые дни создается впечатление, что пятна расходятся друг от друга. Одновременно увеличивается и их размер. Между двумя основными пятнами могут появится еще несколько солнечных пятен. После того, как образуется «цепочка» из пятен, замыкающее может быстро исчезнуть. Ведущее пятно живет в среднем в 4 раза дольше хвостового или замыкающего.
|
|
|
Очень часто пятна располагаются группами из нескольких больших и малых пятен. Картина таких групп непостоянна – пятна живут, распадаются и возникают вновь. Живут пятна на протяжении 2-3 периодов оборотов Солнца (период вращения Солнца составляет примерно 27 суток). Площадь пятен никогда не превышает 0,5% площади солнечного диска. Количество солнечных пятен изменяется с периодом в 11 лет.
Солнечные пятна помогают определить период вращения Солнца вокруг своей оси. Измерения показали, что период вращения звезды на экваторе составляет 25,38 суток (по отношению к Земле – 27,3 суток); у полюсов около 35 суток, а в средних широтах – 27 суток. Т.е., на экваторе Солнце вращается быстрее, чем у полюсов.
Солнечные факелы
Яркие поля, окружающие темные пятна получили название факелы. Факелы имеют сложную ячеистую структуру и вещество, их образующее горячее окружающего примерно на 2000 К. Величина каждой ячейки примерно 30000 км. Контраст вещества факела наиболее выражен по краю диска. Факелы живут до 3-4 месяцев. Часто встречаются факельные поля, внутри которых пятен не обнаруживают. Считают, что факелы также являются местами выхода магнитного поля в наружные слои Солнца, но эти поля слабее, чем в солнечных пятнах.
Солнечную активность как раз и характеризуют количество факелов и пятен. Максимальное их количество обнаруживается с периодичностью в 11 лет. В периоды между максимумами на Солнце может долгое время не появляться ни одного пятна. Тогда как в годы активности их число измеряется десятками.
Строение Солнца
Солнце является огромным газовым шаром, внутри которого непрерывно происходят процессы, в результате которых выделяется энергия. В центральной части Солнца располагается ядро. Под тяжестью выше лежащих слоев вещество внутри Солнца сжато, причем, чем глубже находится это вещество, тем сильнее оно сжато. Вместе с его плотностью увеличивается давление и температура. Именно в ядре, где температура достигает 15 млн. К. происходит выделение энергии, которая образуется при слиянии атомов легких химических элементов в атомы тяжелых. Так из 4-ех атомов водорода в глубине Солнца образуется всего один атом гелия.
|
|
|
Радиус ядра составляет около ¼ общего радиуса Солнца, однако в нем сосредоточена большая часть солнечной массы. А энергия, выделяемая центральной звездой, сосредоточена в ядре практически вся, что и дает свечение Солнца. Энергия, сосредоточенная в ядре выходит на поверхность Солнца тремя путями: лучистым переносом, конвекцией и теплопроводностью. Способы передачи энергии зависят от физических условий среды. Особое значение в энергетических процессах звезд играют конвекция и лучистый перенос, тогда как теплопроводность особой роли не играет.
Непосредственно вокруг ядра начинается зона лучистого переноса энергии, где происходит поглощение и излучение веществом порции света (квантов). По мере удаления от ядра происходит снижение температуры, давления и плотности вещества. В этом же направлении проходит поток энергии. Данный процесс длится несколько тысяч лет. В самом центре Солнца появляются гамма-кванты, длина волны которых очень мала, а энергия больше в миллионы раз энергии квантов видимого света. В процессе выхода квантов на поверхность с ними происходит ряд преобразований и их энергия снижается. Так, отдельный квант поглощается каким-нибудь атомом, снова «переизлучается», однако при этом возникает ни один, а несколько. Их общая энергия сохраняется, но у каждого она уменьшается относительно изначальной. Таким образом, гамма-кванты дробятся до рентгеновских, затем последние – до ультрафиолетовых, а затем – до квантов видимого света. Т.е. постепенно появляются кванты меньших энергий. В результате наибольшее количество энергии Солнце излучает в видимом свете.
Проходя через внутренние слои Солнца, кванты попадают в конвективную зону. В этой области непрозрачность газа сильно возрастает в связи с тем, что потоки горячего газа поднимаются вверх, а охлажденный газ спускается вниз. За счет этого явления и наблюдается картина грануляции. В данном месте энергия передается при помощи конвекции (а не излучением). Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от центра и простирается практически до фотосферы, где перенос энергии вновь становится лучистым. Над фотосферой расположен еще более разреженный слой атмосферы Солнца – хромосфера («окрашенная сфера»). Ее плотность 10-100 млрд. частиц на 1 см3; температура – 20 000 градусов по Цельсию. Яркость последней значительно меньше таковой фотосферы. В связи с последним, хромосфера становится видна только в короткие минуты полных солнечных затмений, как розовое кольцо. Такой цвет придает хромосфере излучение водорода.
|
|
|
Водород является основным веществом, входящим в состав Солнца (71% массы звезды). На долю гелия приходится 27% и только 2% составляют более тяжелые элементы (углерод, азот, кислород и металлы).
В хромосфере имеются хромосферные структуры – хромосферные волокна, разновидностью которых являются протуберанцы. Это сгустки более плотной и холодной плазмы, поднятой из фотосферы магнитным полем до уровня короны Солнца. Принято подразделять протуберанцы на спокойные и эруптивные. В нижних слоях солнечной короны конденсируются спокойные протуберанцы, которые как бы находятся на вершине арок магнитных полей. Ионизированная плазма медленно «стекает» вдоль магнитных силовых линий в хромосферу, а сам протуберанец каким-то образом пополняется новым веществом. Спокойные протуберанцы встречаются в различных местах солнечной поверхности.
Эруптивные протуберанцы внешне напоминают огромные фонтаны. Движение в них вещества происходит очень быстро и также быстро изменяются их очертания. Развивается такой протуберанец от нескольких минут до получаса. Наблюдаются эруптивные протуберанцы вблизи солнечных пятен – вдоль границы раздела полярности магнитных полей. Протуберанцы извергаются с громадными скоростями, достигающими сотни км. в секунду. Поэтому при такой большой скорости. Протуберанец быстро взлетает над хромосферой, а его вещество рассеивается в космическом пространстве. Однако такие быстрые протуберанцы довольно редкое явление, чаще всего скорость бывает недостаточно высокой для отсоединения протуберанца от Солнца и тогда его газы оседают и стекают.
Можно наблюдать участки повышенной яркости – флокуллы. Кроме перечисленного, в хромосфере обнаружены постоянно появляющиеся и исчезающие продолговатые плазменные структуры – спикулы, которые являются «проводниками» материи из фотосферы в корону.
Выше хромосферы расположена солнечная корона, которая также насыщена разнообразными структурами (дырами, петлями, стримерами). Солнечная корона представляет собой сильно разреженную плазму. Плотность ее вещества в сотни миллиардов раз меньше плотности воздуха у поверхности Земли. В таких условиях атомы химических элементов не могут находится в нейтральном состоянии. Скорость этих элементов огромна. Поэтому, при взаимных столкновениях они теряют практически все свои электроны и многократно ионизируются. В связи с этим, в солнечной короне преобладают протоны, ядра гелия и электроны. Высокая температура короны приводит к тому, что ее вещество становится источником ультрафиолетового и рентгеновского излучений. С удалением от Солнца плотность короны медленно снижается, а самый верхний ее слой вытекает в космическое пространство. Так образуется солнечный ветер.
Солнечный ветер обдувает все пространство нашей планетной системы. Начальная его скорость составляет примерно 1000 км/с, а затем она уменьшается. У орбиты Земли скорость ветра становится около 400 км/с. Солнечный ветер выдувает все газы, выделяемые планетами и кометами нашей галактики, мельчайшие метеоритные пылинки, унося все это на периферию планетной системы.
Солнечные вспышки
Сильнейший взрыв на Солнце, в результате которого высвобождается огромное количество энергии, получило название солнечной вспышки. Чаще всего они возникают в нейтральных областях, расположенных между большими пятнами противоположной полярности. Развитие вспышки начинается с увеличения яркости более горячей фотосферы, а внешне – более яркой. Затем происходит взрыв, во время которого плазма нагревается до 40-100 млн. К. Это проявляется в многократном усилении ультрафиолетового и рентгеновского излучения. В наиболее мощных вспышках генерируются солнечные космические лучи, протоны которых достигают скорости, равной половине скорости света. Такие частицы способны беспрепятственно проникать сквозь обшивку космического корабля и разрушать клетки живых организмов. Слабые вспышки бывают практически всегда, тогда как большие – раз в несколько месяцев. В годы максимума солнечной активности большие солнечные вспышки происходят по несколько раз в месяц. Небольшая вспышка может длится от 5 до 10 минут, тогда как мощные – по нескольку часов. При этом, мощность вспышек не превышает сотых долей процента от мощности полного излучения Солнца. В связи с этим не происходит заметного увеличения светимости центральной звезды.
Излучения солнечных вспышек часто достигают поверхности Земли, оказывая сильное воздействие на верхние слои земной атмосферы.
Образование галактик
Большинство наблюдаемых звезд располагаются в единую дискообразную структуру. К началу XX века общепринятой гипотезой являлась гипотеза о наличии единственной во всей Вселенной галактики, в которую входят все планеты и звезды, включая Солнце. На сегодняшний день доказано, что в видимой части Вселенной находится около 40 миллиардов галактик.
Размеры существующих галактик различны – от карликовых (включающих десятки миллионов звезд) до массивных (с тысячами миллиардов звезд). Несмотря на их разнообразие, все они относятся к тому или иному типу строения.
Эллипсоидные галактики имеют красноватый цвет, который обеспечивают состарившиеся ее обитатели. Распространены спиральные или дисковые галактики, диски которых погружены в разряженное слабосветящееся сферическое облако слабых звезд и газа – гало. На диске хорошо различается узор из так называемых «рукавов», которые могут быть спирально закрученными или закрученными в одну сторону, иногда выходящих за пределы центра галактики. «Рукава» галактик выглядят весьма эффектно за счет молодых голубых звезд, обладающих специфическим сиянием. Некоторые спиральные системы имеют в своей центральной части звездную перемычку, от которой и отходят «рукава». Линзовидные галактики менее эффектны, хотя обладают выпуклой центральной частью и тонким диском, как и спиральные галактики, но не имеют «рукавов». Иногда в центральных частях линз видны их зачатки, перемычки и наружные кольца. При наблюдении за звездами, было обнаружено множество бесформенных галактик, получивших название неправильных. Примерно ½ в них составляет межзвездный газ. «Нормальная» галактика испускает энергию, равную энергии от всех ее звезд. Однако, существуют галактики, которые испускают энергии во всех областях (радио-, инфракрасной, ультрафиолетовой и рентгеновской) больше, чем это необходимо. Такие галактики получили название «активных».
Источником дополнительной энергии являются черные дыры – объекты, в которых материя сжата настолько плотно, что не выпускает за свои пределы никакого излучения. Если черная дыра находится в центре галактики с большой плотностью вещества, то это вещество «засасывается» черной дырой. При этом гравитационные силы настолько велики, что заставляют падающее вещество излучать энергию, за счет чего галактика превращается в активную. Именно такое излучение дает ученым координаты присутствия черных дыр.
Самыми яркими объектами, испускающими больше света, чем наша Галактика являются квазары. Считается, что квазары – это черные дыры, расположенные в центрах галактик, преобразующие гравитационную энергию падающей материи в излучение, заставляя его светится. Самые отдаленные квазары имеют возраст примерно 12 миллиардов лет. Вполне возможно, что квазары – это определенный этап развития галактики и, что все современные галактики, в том числе и наша, когда-то были квазарами.
Сейфертовские галактики и радиогалактики являются «родственниками» квазаров. Первые – это галактики внешне похожие на спиральные, но с очень активными ядрами, мощность которых сильно меняется со временем.
Радиогалактики являются эллиптическими галактиками, имеющими мощное излучение в радиодиапазоне. Не исключено, что все такое разнообразие галактик – это определенные этапы эволюции галактик, которые можно наблюдать во Вселенной сейчас.
Согласно принятой сегодня модели формирования галактик первыми были образованы протогалактики, массы которых составляют всего несколько тысяч Солнц. Галактики взаимодействуют между собой, сталкиваясь друг с другом. При этом, вероятность столкновения двух звезд очень мала. Межзвездное пространство заполнено газом и пылью, которые взаимодействуют при столкновении галактик. Гравитационное взаимодействие приводит к нарушению структуры газопылевой среды и к перекачиванию вещества из одной галактики в другую. В сталкивающихся галактиках происходит трение между газом, что порождает ударные волны, которые могут вызвать образование новых звезд. Молодые звезды в первые миллионы лет своей жизни имеют голубой цвет и определенную светимость. Поэтому обнаружение таких звезд – признак недавнего столкновения галактик.
Планеты Солнечной системы
Планеты солнечной системы вращаются вокруг солнца с разными скоростями и радиусами.
Меркурий
Первой планетой солнечной системы является Меркурий. Расстояние от Солнца 58 млн.км. или 0,387 астрономических единиц (а.е.). Вокруг Солнца планета движется по сильно вытянутой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 7 градусов. По внешнему виду поверхность Меркурия подобна лунной: она покрыта раздробленным веществом базальтового типа. Наряду с кратерами, менее глубокими, чем лунные, имеются холмы и долины. Плотность кратеров различна на разных участках. Предполагается, что наиболее густо усеянные кратерами участки – исторически более старые. А менее густо усеянные – более молодые, образовавшиеся при затоплении лавой более древней поверхности. Исследования показали возможность существования водяного льда в полярных кратерах. Важным отличительным признаком Меркурия от Луны является наличие на первом многочисленных зубчатых откосов, длиной сотни км., получивших название эскарпы. По структуре это образования, возникшие при сжатии во время остывания планеты. Это сжатие поверхность Меркурия уменьшилась на 1%.
По форме планета напоминает шар. Средний диаметр 4878 км.; это примерно в 2,6 раза меньше, чем у Земли. Масса - 3,3x1023 кг. Таким образом, площадь поверхности Меркурия в 6,8 раз, а объем в 17,8 раз меньше таковых Земли. В состав разреженной атмосферы, кроме гелия, входят водород, углекислый газ, углерод, кислород и благородные газы – аргон и неон.
Период обращения (меркурианский год) составляет 87,97 земных суток, а средний интервал между одинаковыми фразами (синодический период) 115,9 земных суток. Средняя скорость движения Меркурия по орбите вокруг Солнца 47,89 км/с. Обращение Меркурия вокруг Солнца и его собственное вращение приводят к тому, что длительность солнечных суток на планете равна трем звездным меркурианским суткам и составляет около 175,92 земных суток. Благодаря наклону оси вращения Меркурия к плоскости его орбиты заметных сезонных изменений на нем не наблюдается.
Меркурий является ближайшей планетой от Солнца, в связи с чем, получает большее количество энергии (относительно Земли, в 10 раз), чем другие планеты Солнечной системы. Близость к Солнцу обеспечивает его приливное действие на Меркурий, а также ощутимое действие солнечного ветра. Благодаря этому над поверхностью планеты возникает электрическое поле, отличающееся от земного большей напряженностью и сравнительной стабильностью. На Меркурии имеется и магнитное поле.
Согласно наиболее распространенной модели строения Меркурия планета состоит из постепенно остывающего железоникелевого ядра и оболочки из силикатов. На долю ядра приходится более 50% массы планеты.
Венера
Венера – вторая от Солнца и ближайшая к Земле большая планета Солнечной системы. Венера и Земля были сформированы в приблизительно одинаковых условиях из одного газопылевого облака, поэтому часто Венеру называют «близнецом» Земли.
Венера движется вокруг Солнца по орбите, по форме близкой к круговой, с периодом, равным 224,7 земных суток. Орбита Венеры располагается между орбитами Меркурия и Земли. Среднее расстояние от Солнца 0,72 а.е. (108,21 млн.км), период вращения 243 сут., средний радиус 6050 км. Средняя скорость движения по орбите – 34,99 км/с. Еще одной особенностью движения Венеры является то, что ее собственное вращение противоположно направлению ее обращения вокруг Солнца. Венера – это единственная планета Солнечной системы с такими особенностями движения.
Из-за «необычного», «обратного» направления вращения планеты, длительность солнечных суток на ней в 116,8 раз превышает таковые на Земле, в связи с чем, за один венерианский год восход и заход Солнца на Венере происходит всего дважды. Наклон плоскости экватора Венеры к плоскости ее орбиты не превышает 3°, из-за чего сезонные изменения на планете незначительны.
Поверхность планеты преимущественно равнинная (90%), однако на ней также отмечены горы, кратеры, камни и другие признаки протекавших на ней тектонических процессов. Кроме того имеются следы ударной бомбардировки. Обнаружены три возвышенных области. Одна из них является вулканическим плато, размеры которого сопоставимы с размерами Австралии (архипелаг Иштар). Наибольшей вершиной Венеры является гора Максвелл, высота которой 12 км. Перепад высот вдоль экватора составляет около 5 км. Поверхностные породы Венеры по составу близки к земным осадочным породам. После Солнца и Луны Венера наиболее яркое светило земного неба. По своему блеску она намного превосходит самые яркие звезды, а ее отличительным признаком является ровный белый цвет.
Масса атмосферы Венеры примерно в 100 раз превышает массу атмосферы Земли. В атмосфере Венеры присутствуют CO2 (97%), N2 (ок. 3%), H2O (0,05%), примеси CO, SO2, HCl, HF. Облака Венеры состоят из 70-80%-ной серной кислоты. Солнечный свет на планете настолько рассеянный, что на Венере нет теней. Концентрация водяного пара с высотой увеличивается, его максимум отмечен на высоте 50 км., доля пара на этой высоте приближается к 1%. Температура на поверхности планеты примерно 750 К, причем ее колебания незначительны. Показано, что благодаря парниковому эффекту возле поверхности Венеры исключено всякое существование жидкой воды. Атмосферное давление на поверхности планеты достигает примерно 90 Земных атмосфер.
Температура и давление сначала падают с увеличением высоты, а затем по мере дальнейшего подъема высоты температура растет. Ветер, слабый у поверхности планеты (не более 1 м/с), на высоте свыше 50 км. усиливается до 150 м/с. Наблюдения с автоматических космических станций обнаружили в атмосфере грозы.
Магнитное поле Венеры незначительно. Из-за близости Солнца планета испытывает приливные воздействия и на ее поверхности возникает электрическое поле, напряженность которого может вдвое превышать таковую Земли.
Земля
Третьей большой планетой Солнечной системы является Земля, по последним данным это единственная во Вселенной планета, на которой возможна органическая жизнь. Среднее расстояние от Солнца 149,6 млн. км., период одного обращения по орбите 365,24 солнечных суток. По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и растянутому в экваториальной зоне. Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по близкой к круговой орбите. Вращение Земли вокруг собственной оси происходит в период, равный 23 ч. 56 мин. 4,1 с. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе около 465 м/с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66°. Такой наклон и годовое обращение Земли обеспечивает смену времен года, а собственное ее вращение – смену дня и ночи. Следует помнить, что скорость вращения планеты замедляется, что происходит из-за приливных воздействий. Несколько изменяется и положения географических полюсов (период составляет 434 суток). Площадь Земли составляет 510,2 млн. км2, из которых на Мировой океан приходится около 70,8%. Оставшиеся части поверхности Земли поделены на шесть материков и острова. Горы занимают более 1/3 поверхности суши.
По современным представлениям, Земля образовалась примерно 4,6-4,7 млрд. лет назад из захваченного притяжением Солнца протопланетного облака. Образование наиболее древних горных пород длилось примерно 100-200 млн. лет. Около 3,5 млрд. лет назад возникли условия, способствующие зарождению жизни. Примерно 0,5 млн. лет назад как вид возник Человек Разумный, а формирование современного типа человека наступило примерно около 40 тыс. лет назад. У Земли имеется единственный спутник Луна.
По внутреннему строению Землю подразделяют на кору (порядка 35 км), мантию (35-2885 км) и ядро. Последнее подразделяется на внешнее ядро (на глубине 2775 км) и твердое ядро (более 5120 км). Кора делится на континентальный, океанический и переходный типы. Толщина коры меняется в широких пределах. Так, океаническая кора имеет толщину слоя порядка 10 км, тогда как материковая в десятки раз больше. Около 2 км занимает поверхностные отложения, под которыми располагаются гранитный и базальтовый слои. Силикатная оболочка или мантия отделяется от коры резкой границей, получившей название «граница Мохоровича». Глубже этой границы скачкообразно возрастают механическая плотность и скорость упругих сейсмических волн. В коре и в мантии располагаются литосферные плиты, перемещение которых оказывает влияние на расположение сейсмических зон на планете. Между мантией и внешним ядром проходит еще одна граница – Гуттенберга, где скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн снижается от 7,3 км/с до 0. Последнее доказывает, что внешнее ядро является жидким. Современные исследования показали, что в состав внешнего ядра входят сера и железо - 12% и 88% соответственно. На глубине более 5120 км располагается твердое ядро, доля которого составляет 1,7% всей массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni). В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли, имеются и радиоактивные. Распад последних, а также перемещение более плотных масс вещества в центральные, а менее плотных (гравитационная дифференциация) – в переферические участки планеты приводят к выделению тепла. Тепло из недр Земли передается к ее поверхности благодаря теплопроводности и конвекции. Температура в центральной части Земли порядка 5000 °С. Максимальная температура на поверхности приближается к 60 °С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), а минимальная составляет около -90 °С (в центральных районах Антарктиды). Поверхность Земли имеет свою атмосферу. Ее основными элементами являются азот (78%), кислород (21%) и 1% приходится на другие газы, среди которых: СО, СО2, NN3, гелий, водяной пар, О3. Нижний слой атмосферы – тропосфера простирается до высоты 10-14 км. и процессы, происходящие в этом слое оказывают влияние на погодные условия планеты. С увеличением высоты температура в тропосфере снижается. Стратосферой называется слой на высоте от 14 до 50-55 км. В стратосфере температура с увеличением высоты, наоборот, возрастает. Еще выше располагается слой, получивший название мезосфера, над которой наблюдаются серебристые облака (высота до 85 км).
Для процессов, происходящих на Земле, очень важным условием является наличие озоносферы. Озоносфера представляет собой слой озона, находящийся на высоте от 12 до 50 км. Максимальное содержание озона наблюдается на высоте 20 км. Область выше 50-80 км получила название ионосфера. В этом слое атомы и молекулы под действием солнечной радиации интенсивно ионизируются, образуя ультрафиолетовое и космическое излучения. Озоновый слой предохраняет поверхность Земли от потоков излучения, которые разрушали все живое. На расстоянии более 1000 км газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса. Следы атмосферы обнаружены до 1800 км. Выше, до нескольких радиусов Земли, имеется только разреженный водород, образующий геокорону, плотностью несколько сотен атомов в кубическом сантиметре. Потеря атмосферы Земле не грозит. Свободный водород Земля в большей мере утратила.
Марс
Марс является четвертой планетой Солнечной системы. За ним находится пояс астероидов. Среднее расстояние от Солнца 228 млн. км, период обращения 687 суток, период вращения 24,5 ч, средний диаметр 6780 км. Марс имеет два естественных спутника Фобос и Деймос. Состав атмосферы: СО2 (95%), N2 (2,5%), Ar (1,5-2%), СО (0,06%), Н2О (до 0,1%); давление на поверхности 5-7 гПа. Участки поверхности Марса, покрытые кратерами, похожи на лунный материк. Марс движется вокруг Солнца по эллиптической орбите. Плоскость орбиты наклонена к плоскости эклиптики под небольшим углом (1° 51). Наклон экватора к плоскости орбиты составляет 25,2°, сто является значительной величиной. В связи с этим на планете существуют сезонные изменения.
Период обращения Марса вокруг Солнца почти вдвое больше земного года (686,98 земных суток). Средняя скорость орбитального движения составляет 24,13 км/с. Период суточного обращения Марса вокруг своей оси почти такой же, как у Земли (24 ч 37 мин 22,58 с). Экваториальный радиус планеты равен 3394 км, полярный 3376,4 км. Уровень поверхности в южном полушарии в среднем на 3-4 км выше, чем в северном. Масса Марса составляет 6,44 1023 кг. (0,108 массы Земли). Минимальное расстояние от Марса до Земли наблюдается при противостояниях, происходящих с интервалами в 779,94 земных суток. Однако раз в 15-17 лет происходит так называемое великое противостояние, когда эти две планеты сближаются примерно на 56 млн. км. Во время великих противостояний Марс выглядит самой яркой звездой на полуночном небе. В это время он имеет оранжево-красный цвет, вследствие чего его стали считать атрибутом бога войны (отсюда название планеты).
К сезонным изменениям поверхности планеты относят «белые полярные шапки», которые с наступлением осени начинают увеличиваться (в соответствующем полушарии), а весной довольно заметно «таять», причем от полюсов распространяются «волны потепления». Значительная часть поверхности Марса представляет собой более светлые участки («материки»), которые имеют красновато-оранжевую окраску; 25% поверхности более темные «моря» серо-зеленого цвета, уровень которых ниже, чем «материков». Перепады высот весьма значительны и составляют в экваториальной области примерно 14-16 км, но имеются и вершины, вздымающиеся значительно выше, например, Арсия (27 км) и Олимп (26 км) в возвышенной области Тараис в северном полушарии. На Марсе располагаются отчетливые следы вулканизма и тектонической деятельности, такие как разломы, ущелья с ветвящимися каньонами. Ударные кратеры на Марсе мельче, чем на Луне и Меркурии, но глубже, чем на Венере. Однако вулканические кратеры достигают огромных размеров. Вулканы были действующими еще несколько сотен миллионов лет назад. Поверхность Марса представляется безводной и безжизненной пустыней, над которой свирепствуют бури, вздымающие песок и пыль на высоту до десятков километров. Во время этих бурь скорость ветра достигает сотни метров в секунду. В частности, с переносами песка и пыли связывают сейчас те «волны потепления», о которых упоминалось выше.
Атмосфера на Марсе разрежена. В ее составе присутствуют углекислый газ (около 95%) и небольшое количество азота (около 3%), аргона (примерно 1,5%) и кислорода (0,15%). Концентрация водяного пара, который существенно меняется в зависимости от сезона, небольшая. Есть все основания полагать, что воды на Марсе достаточно. На такую мысль наводят длинные ветвящиеся системы долин протяженностью в сотни километров, весьма похожие на высохшие русла земных рек, причем перепады высот отвечают направлению течений. Некоторые особенности рельефа явно напоминают выглаженные ледниками участки. Судя по хорошей сохранности этих форм, не успевших ни разрушиться, ни покрыться последующими наслоениями, они имеют относительно недавнее происхождение (в пределах последнего миллиарда лет). Считается, что вода на Марсе существует и сейчас в виде мерзлоты. Не исключено, что благодаря низкой теплопроводности льда под его толщей местами может оставаться и жидкая вода.
Химический состав Марса типичен для планет Земной группы. На данной планете также происходило раннее перераспределение вещества под воздействием гравитации, на что указывают сохранившиеся следы первичной магматической деятельности. Считается, что ядро Марса богато железом и серой и имеет небольшие размеры (его радиус порядка 800-1000 км), а его масса составляет около 1/10 от всей массы планеты. Формирование ядра, согласно современным теоретическим оценкам, продолжалось около миллиарда лет и совпало с периодом раннего вулканизма. Еще такой же по длительности период заняло частичное плавление мантийных силикатов, сопровождавшееся интенсивными вулканическими и тектоническими явлениями. Около 3 млрд. лет назад завершился и этот период, и хотя еще по крайней мере в течение миллиарда лет продолжались глобальные тектонические процессы (в частности, возникали огромные вулканы), уже началось постепенное охлаждение планеты, продолжаю<
|
|
|
