4.Атмосфера надежно защищает жизнь на нашей планете, поглощая (рассеивая) значительную часть поступающих от Солнца ультрафиолетового и рентгеновского излучений, большие дозы которых вредны для человека и других живых организмов. Кроме того, благодаря так называемому парниковому эффекту атмосфера обеспечивает на Земле благоприятный температурный режим, снижает амплитуду изменений температуры от дня к ночи.
Сущность парникового эффекта заключается в том, что атмосфера хорошо пропускает поступающий от Солнца видимый свет, нагревающий земную поверхность. В то же время тепловое (инфракрасное) излучение самой поверхности в значительной степени поглощается содержащимися в воздухе молекулами воды и углекислого газа. Поэтому температура приземного слоя воздуха на несколько градусов выше той, какая была бы в отсутствие парникового эффекта. Хорошо известно, например, что в пасмурную погоду в ночное время охлаждение почвы и воздуха происходит менее интенсивно, чем при ясном безоблачном небе, когда случаются заморозки.
Ультрафиолетовое излучение вызывает ионизацию кислорода и азота, т. е. образование ионов и электронов в верхней атмосфере. Эта часть атмосферы (выше 80 км), где газы ионизированы, называется ионосферой. Наличие заряженных частиц является признаком того, что атмосфера в этих слоях представляет собой плазму. Являясь в целом нейтральной, плазма, тем не менее, ведет себя иначе, чем газ, состоящий из нейтральных частиц. Это происходит потому, что электроны более подвижны, чем массивные ионы, и быстрее реагируют на изменения электрического и магнитного полей. Поэтому ионосфера преломляет, отражает и поглощает радиоволны.
5. Современное состояние литосферы Земли и химический состав ее вещества являются результатами тех изменений, которые происходили на протяжении нескольких миллиардов лет. За счет энергии, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов, происходили расплавление и дифференциация вещества нашей планеты. В результате легкие соединения, в основном силикат, оказались сверху – в коре, а более тяжелые железоникелевые сплавы образовали вокруг центра планеты ее ядро, внешняя часть которого находится в жидком состоянии. Температура в центральной части Земли составляет около 6000°С. Толщина твердой коры очень невелика: от 10 км под океанами до 80 км под горными хребтами на материках. Ядро имеет радиус вдвое меньший радиуса всей планеты, а между ядром и корой располагается мантия, состоящая из веществ более плотных, чем вещества в коре (см. рис. 2,3).
Таково же в основном и внутреннее строение Луны, а также планет земной группы, которые отличаются друг от друга толщиной коры, размерами ядра, температурой и другими физическими условиями в их недрах.
При сравнении внешнего облика планет земной группы с Землей следует иметь в виду, что 2/3 поверхности нашей планеты скрыто под водой. С помощью эхолотов. Определяющих глубину по времени возвращения отраженного от дна звукового сигнала, был в последние 15 – 20 лет исследован подводный рельеф. В целом он оказался весьма не похож на рельеф материков: выявлены опоясывающие весь земной шар срединно-океанические хребты, поднимающиеся на высоту 4 км, узкие ущелья с крутыми стенками, островные дуги.
Как возникла Земля.
Человек издавна стремился познать мир, который его окружает, и прежде всего Землю – наш дом. Как возникла Земля? Этот вопрос волновал человечество не одно тысячелетие.
Первые гипотезы, т. е. научные предположения, о возникновении Земли стали появляться только в XVII в., когда наука накопила достаточное количество сведений о нашей планете и о Солнечной системе. Познакомимся с некоторыми из этих гипотез.
Французский ученый Жорж Бюффон* (1707 – 1788) предположил, что земной шар возник в результате катастрофы. В очень отдаленное время какое-то небесное тело (Бюффон считал, что это была комета*) столкнулось с Солнцем. При столкновении возникло множество «брызг». Наиболее крупные из них, постепенно остывая, дали начало планетам.
По-другому объяснял возможность образования небесных тел немецкий ученый Иммануил Кант* (1724 – 1804). Он предположил, что Солнечная система произошла из гигантского холодного пылевого облака. Частицы этого облака находились в постоянном беспорядочном движении, взаимно притягивали друг друга, сталкивались, слипались, образуя сгущения, которые стали расти и со временем дали начало Солнцу и планетам.
Пьер Лаплас* (1749 – 1827), французский астроном и математик, предложил свою гипотезу, объясняющую образование и развитие Солнечной системы. По его мнению, Солнце и планеты возникли из вращающегося раскаленного газового облака. Постепенно остывая, оно сжималось, образуя многочисленные кольца, которые, уплотняясь, создали планеты, а центральный сгусток превратился в Солнце.
В начале нашего столетия английский ученый Джеймс Джинс (1877 – 1946) выдвинул гипотезу, которая так объясняла образование и развитие планетной системы: когда-то вблизи Солнца пролетала другая звезда, которая своим тяготением вырвала из него часть вещества. Сгустившись, оно дало начало планетам.
Наш соотечественник, известный ученый Отто Юльевич Шмидт* (1891 – 1956) в 1944 г. предложил свою гипотезу образования планет. Он полагал, что миллиарды лет назад Солнце было окружено гигантским облаком, которое состояло из частичек холодной пыли и замерзшего газа. Все они обращались вокруг Солнца. Находясь в постоянном движении, сталкиваясь, взаимно притягивая друг друга, они как бы слипались, образуя сгустки. Постепенно газово-пылевое облако сплющивалось, а сгустки стали двигаться по круговым орбитам. Со временем из этих сгустков и образовались планеты нашей Солнечной системы.
Нетрудно заметить, что гипотезы Канта, Лапласа, Шмидта во многом близки. Многие мысли этих ученых легли в основу современного представления о происхождении Земли и всей Солнечной системы.
Сегодня ученые предполагают, что Солнце и планеты возникли одновременно из межзвездного вещества – частиц пыли и газа. Это холодное вещество постепенно уплотнялось, сжималось, а затем распалось на несколько неравных сгустков. Один из них, самый большой, дал начало Солнцу. Его вещество, продолжая сжиматься, разогревалось. Вокруг него образовалось вращающееся газово-пылевое облако, которое имело форму диска. Из плотных сгустков этого облака возникли планеты, в том числе и наша Земля.
Как видите, представления ученых о возникновении Земли, других планет и всей Солнечной системы менялись, развивались. Да и сейчас остается много неясного, спорного. Ученым предстоит разрешить немало вопросов, прежде чем мы достоверно узнаем, как возникла Земля.
Возраст Земли.
Возраст Земли так велик, что его трудно себе вообразить. Но если предположить, что нашей планете всего один год, то человечество просуществовало менее пяти часов.
Человечество веками пыталось определить возраст Земли. В начале XVII века архиепископ Армы Джеймс Ашер вычислил дату сотворения мира по Библии. Он определи ее как 4004 год до н. э.; эту хронологию можно найти в старых изданиях Библии.
Теперь мы знаем, что Ашер ошибся – более чем в миллион раз! На сегодня принятый учеными возраст Земли составляет 4600 миллионов лет. Он приблизительно такой же, как и возраст Солнца и остальных планет.
В конце XVII века датский врач и естествоиспытатель Николаус Стено (который со временем тоже стал епископом) заключил, что верхние слои осадочных пород, накапливающиеся под водой, моложе, чем нижние. В XIX веке это открытие помогло ученым разработать относительную хронологию пород и, таким образом, частично определить возрастную структуру Земли. Наука о датировании пород известна под названием геохронология. Однако лишь в начале XX века британские и американские ученые обнаружили, что некоторые радиоактивные элементы можно использовать как «часы» для фиксации огромных периодов времени. Атомы этих элементов со временем разлагаются, образуя другие элементы. Так, например, по истечении довольно длительного периода уран превращается в свинец, излучая при этом радиацию
Девять тяжелых элементов, встречающихся в естественном виде, включая радий и уран, являются радиоактивными. То же самое касается некоторых изотопов (разновидностей одних и тех же элементов, отличающихся массой атомов) легких элементов, таких как рубидий и стронций.
Ученые открыли часы, но не знали, как определять по ним время. В этом им помогло создание во время и после Второй мировой войны прибора под названием масс-спектрометр. Он разделяет атомы по их массам и электрическим зарядам и позволяет определять ничтожные количества радиоактивных веществ в породах.
Периоды полураспада.
Радиоактивные вещества распадаются с определенной скоростью. Единицей ее измерения является период полураспада – время, за которое распадается половина первоначального количества радиоактивного вещества. Второй период полураспада – это половина оставшегося вещества, и так с каждым разом этот период уменьшается.
Наиболее известным методом датирования является датирование по радиоуглероду, с помощью которого можно определить возраст любого органического вещества, дошедшего до нас из прошлого (такого как кости или древесина). Так, например, этот метод применили в 1988 г. для датирования Туринской Плащаницы, в которую, как полагают, в свое время завернули Иисуса Христа. Однако датировать по радиоуглероду неорганические породы невозможно, для этого применяются другие методы. Они включают распад с превращением радиоактивного изотопа калия в радиоактивный аргон; распад радиоактивного изотопа рубидия в радиоактивный стронций; и распад урана и тория с превращением в свинец.
Подтверждение возраста Земли пришло из космоса. Некоторые упавшие на Землю метеориты* содержат минерал под названием троилит. В нем мало или совсем нет урана, поэтому полагают, что найденный в нем свинец представляет первоначальное его количество на планетах, включая Землю. Таким образом, удалось проверить правильность уран-свинцового датирования. Были также проанализированы лунные породы, доставленные на Землю американскими астронавтами в 1970-х годах. Из этих пород и образцов метеоритов получены данные о возрасте Луны и метеоритов, подобных тем, по которым определяли возраст Земли.