Биосфера

Вопросы для самопроверки

Земля - одно из бесчисленных небесных тел, рассеянных в безграничном пространстве Вселенной. Положением Земли в мировом пространстве люди стали интересоваться еще в далеком прошлом. В то время Земля считалась центром мира, вокруг которого вращаются все планеты, в том числе Солнце. Подробно эта схема мироздания была разработана александрийским ученым Птоломеем во II веке н. э. и называлась геоцентрической.

Истинное положение Земли как одной из планет Солнечной системы было доказано в XVI веке польским астрономом Николаем Коперником (1473-1543). Его открытие послужило толчком для развития астрономии на научной основе.

Солнечная система, которой принадлежит Земля, - весьма небольшой участок Вселенной, примыкающий к относительно крупному по размерам и массе центральному телу - Солнцу. Вокруг него по определенным орбитам вращается множество мелких тел - планеты, спутники, астероиды, кометы, а также космическая пыль и газы.

Планеты вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости по орбитам, близким к круговым. В Солнечной системе известно 9 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Расстояние их от Солнца подчиняется определенной закономерности: расстояние последующей планеты приблизительно в два раза больше, чем предыдущей. Земля находится от Солнца на расстоянии 149.500 тыс. км - 1 астрономическая единица. По положению в Солнечной системе, размерам и особенностям строения планеты делятся на две группы: "земного" типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Планеты первой группы имеют сравнительно высокую плотность, небольшие размеры, мало спутников. Планеты-гиганты, напротив, имеют малую плотность, близкую к 1, огромные размеры, много спутников.

Луна - естественный спутник Земли, находящийся от нее на расстоянии 384.400 км (между центрами). Диаметр Луны 3476 км. Оказывает на Землю и ее движение значительное влияние (приливы и отливы, а также деформации в твердой оболочке, аналогичные им). Плотность Луны 3,34 г/см³ (0,6 плотности Земли), масса = 1/81 массы Земли. На Луне нет атмосферы. Специфическая черта лунного ландшафта - изобилие характерных кольцевых гор, образующих различные кратеры и цирки. В недрах Луны нет тяжелых элементов-металлов, у нее нет магнитного поля. На поверхности Луны выделяются "моря" и "суша". "Моря" заполнены породами типа базальтов, выполняющих дно земных океанов. В составе лунных пород преобладают SiO₂ (40,0-43,8%), FeO (18,0-21,3%), Al₂O₃ (11,0-13,6%), CaO (10,0-10,7%), MgO (7,0-11,7%); соответствующие анализы для земных толеитовых базальтов дают 47,9%, 9,8%, 11,8%, 9,3%, 14,0%. Воды в лунных породах нет, а в примесях в разных, но, в общем, малых объемах встречаются почти все элементы, известные на Земле. Из минералов для лунных пород типичны пироксены, плагиоклазы, ильменит, оливин, кристобалит. Для "суши" - породы типа анортозитов. Возраст образцов лунных пород - 3,6-3,9 млрд. лет - сходен с возрастом земных пород.

Солнце - центральное тело Солнечной системы, оказывающее на Землю наибольшее влияние. Масса Солнца в 332400 раз больше земной. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли и равен 1391 тыс. км. Температура поверхности солнца 6000^о, а в недрах 20000000^о. Энергия Солнца обусловливает большинство физических и химических процессов на Земле, является источником жизни. В то же время Солнце - рядовая звезда Вселенной.

Земля получает лишь 1/2200000000 долю энергии Солнца, но и ее хватает для создания благоприятных жизненных условий.

Космогонические гипотезы. Еще во времена зарождения науки о Земле вопрос о ее происхождении рассматривался в тесной связи с проблемой происхождения Солнечной системы в целом. В 1755 году появилась гипотеза, выдвинутая известным немецким ученым И.Кантом: Солнечная система произошла из рассеянной материи, "первичного хаоса". Частицы "хаоса" вначале были неподвижны, но, по мере того как более плотные и крупные частицы притягивали менее плотные (по закону всемирного тяготения), они приходят в движение. Так образовались крупные сгустки, которые представляли собой обособленные звезды и планеты. Важно в гипотезе Канта то, что устранен вопрос о первом, "божественном", толчке (который предполагал Ньютон). Все в этой гипотезе объясняется физическими законами.

Французский математик и астроном П.Лаплас развил эту гипотезу. Он заметил, что все планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца почти в одной плоскости и по близким к круговым орбитам, в одном направлении. Исходя из этого, Лаплас представил образование Солнечной системы из гигантской раскаленной газовой вращающейся туманности с более плотным центральным ядром. Вследствие сжатия туманности увеличивается скорость ее вращения. В результате возрастающей центробежной силы от туманности стали отделяться концентрические газовые кольца вдоль экваториальной плоскости. Кольца продолжали вращаться, а в результате неравномерного распределения материи в них возникли сгущения - зародыши планет, а также их спутников. Окончательное формирование планет происходило при остывании газовых сгустков. Гипотеза Канта-Лапласа получила широкое признание и считалась непреложной в течение более чем ста лет.

В начале ХХ века были выявлены некоторые особенности строения Солнечной системы, которые не укладываются в рамки гипотезы Канта-Лапласа (Уран вращается на боку, некоторые спутники Юпитера, Сатурна и Урана, сам Уран и Венера вращаются в другую сторону). Против гипотезы были и некоторые законы механики.

В 30-х годах нашего столетия популярность получила гипотеза английского ученого Д.Джинса о том, что планетные сгустки материи были вырваны из Солнца притяжением проходящей близко гигантской звезды. Он, по сути дела, вернулся к "приливной" гипотезе Ж.Бюффона о сгустке, вырванном из Солнца кометой. Но, во-первых, вероятность такого события в нашей области Галактики практически равна нулю, а во-вторых, как объяснить с этой точки зрения множественность планетных систем? Похожие идеи выдвинули также американские ученые Ф.Мультон и Т.Чемберлен.

В 40-х годах ХХ века внимание привлекла гипотеза образования планет из твердого метеорного вещества, разработанная советским академиком О.Ю.Шмидтом. По этой гипотезе Земля образовалась из разрежённого пылевого облака в результате неупругого соударения (аккреции) твердых частиц под действием взаимного притяжения. Предполагалось, что Земля была вначале холодной и разогрелась вторичным путем вследствие радиоактивного распада тяжелых элементов.

Гипотеза хорошо объясняет образование плотных малых и легких больших планет, а также распределение массы и момента количества движения (у Солнца соответственно 90% и 2%; у планет - 1/700 и 98%) в результате дифференциации роя с помощью Солнца. Пылевая материя была захвачена Солнцем из Галактики. Крупный недостаток гипотезы О.Ю.Шмидта - отрыв вопроса происхождения планет от проблемы происхождения Солнца и звезд, хотя в этих вопросах много общего. Мала вероятность встречи метеоритного облака по сравнению с газовым.

В настоящее время образование Солнечной системы представляется следующим образом:

1. Образование Солнца и уплощенной вращающейся околосолнечной туманности из межзвёздного газопылевого облака, вероятно, под влиянием близкого взрыва "сверхновой" звезды.
2. Эволюция солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом момента количества движения от Солнца планетам.
3. Конденсация "пыльной плазмы" в кольца вокруг Солнца, а материала колец - в планетезимали (путем аккреции).
4. Дальнейшая конденсация планетезималей в планеты.
5. Повторение подобного процесса вокруг планет с образованием их спутников.

Вся эта эволюция происходила очень быстро (всего около 100 млн. лет) и случилась приблизительно 4,7 млрд. лет тому назад.