Современная космология

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Современная космология

Развитие и структура Вселенной

Наблюдение за картиной неба было развито среди цивилизаций Египта, Древнего Шумера, Древней Индии, майя, ацтеков, инка и других древних очагов культуры. От этих цивилизаций до нас дошли в основном монументальные памятники архитектуры, которые имеют расположение в пространстве, сориентированное на определенные небесные визиры.

Наиболее древние литературные свидетельства наблюдения астрономической картины дошли до нас в форме памятников ведической культуры. В этих произведениях параллельно развиваются два подхода к описанию астрономической реальности. Одна точка зрения отображена в древних хрониках (пуранах), а другая точка зрения - в трактатах по астрономии (джйотиша-шастрах). В древних хрониках Вселенная описывается как многомерное образование и ее описание не соответствует нашему наблюдению. С другой стороны, в астрономических трактатах содержатся очень точные на то время измерения солнечной системы. Эти различия продиктованы разными системами отсчета. В целом же они не противоречивы. Это индивидуальные взаимносогласующиеся способы постижения Вселенной. Пураническая космология есть результат интуитивного постижения реальности, а эмпирическая модель мира была построена на наблюдении и математическом анализе. Мы только в XX веке приходим к пониманию многогранности реальности. Ранее западная наука базировалась на представлении о том, что природа может быть полностью описана единственной рациональной моделью мира. Однако, традиционная культура исходит из того, что человек не способен полностью описать мироздание, даже имея бесконечно долгое время. Поэтому подход традиционной культуры к описанию природы базируется на стратегии представления многих взаимно совместимых аспектов одного, не доступного описанию человеком, завершенного целого. В дискуссионных вопросах, которые касаются весьма высоких материй, как нельзя лучше подходит притча о слоне, которого анализировали слепые мудрецы. Один взял за хвост и сказал, что слон - это что-то тоненькое, как веревка. Другой взял за хобот и сказал, что слон - это толстая змея. Третий определил слона как столбы. Все это был слон, но никто не видел слона целиком. Так они принялись спорить о том, кто постиг «истинного» слона. Через такую притчу древние учат нас важнейшему принципу понимания Вселенной (Тимощук А.С., 2005).

Аристарх выдвинул идею о гелиоцентрической системе мира задолго до Коперника, в III веке до нашей эры, но потом об этом забыли. Всего ничего - полторы тысячи лет у человечества была амнезия! Великий астроном древности Гиппарх жил во II веке до нашей эры. Он рассчитал прецессию равноденствий, долготу лунного месяца с точностью до одной секунды. Эратосфен вычислил диаметр Земли с точностью до 100 километров. Птолемей рассчитал расстояние от Земли до Луны, которое, по его мнению, равно 29,5 диаметрам Земли, а современный правильный ответ - 30,2. Ни телескопов, никаких иных приборов у него не было.

Развитие представлений о строении Вселенной и Солнечной системы

Системная организация вещества во Вселенной

Мегамир(космос) рассматривается в естествознании как взаимодействующая и развивающаяся система. Объекты космоса можно разделить на 2 большие группы - космические тела и диффузную материю:

Космическая шкала времени

Точка сингулярности - это момент нераздельного существования всего вещества во Вселенной. Представьте, с точки зрения физики, мы все с Вами происходим из одной порции энергии.

Солнечная система: структура и происхождение

Планеты и их спутники. Земля - спутник Солнца в мировом пространстве, вечно кружащийся вокруг этого источника тепла и света. Самыми яркими из постоянно наблюдаемых нами небесных объектов, кроме Солнца и Луны, являются соседние с нами планеты. Они принадлежат к числу тех девяти миров (включая Землю), которые обращаются вокруг Солнца (а его радиус 700 тыс. км, т.е. в 100 раз больше радиуса Земли) на расстояниях, достигающих нескольких миллиардов километров. Группа планет вместе с Солнцем составляет Солнечную систему. Планеты хотя и кажутся похожими на звезды, в действительности гораздо меньше последних и темнее. Они видны только потому, что отражают солнечный свет, который кажется очень яркими, поскольку планеты гораздо ближе к Земле, чем звезды.

Кроме планет, в солнечную «семью» входят спутники планет (в том числе и наш спутник - Луна), астероиды, кометы, метеорные тела. Планеты расположены в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля (один спутник - Луна), Марс (два спутника), Юпитер (15 спутников), Сатурн (16 спутников), Уран (5 спутников), Нептун (2 спутника) и Плутон (1 спутник). Земля в 40 раз ближе к Солнцу, чем Плутон, и в 2,5 раза дальше, чем Меркурий. Возможно, что за Плутоном есть еще одна или несколько планет, но поиски их среди множества звезд слабее 15-й величины слишком кропотливы и не оправдывают затраченного времени. Возможно, они будут открыты «на кончике пера», как это уже было с Ураном, Нептуном и Плутоном.

Важную роль в Солнечной системе играет межпланетная среда, те формы вещества и поля, которые заполняют пространство Солнечной системы. Основные компоненты этой среды - солнечный ветер (поток заряженных частиц, в основном протонов и электронов, истекающих с поверхности Солнца); заряженные частицы высокой энергии, приходящие из глубин космоса; межпланетное магнитное поле; межпланетная пыль (большая часть с массой 10-3-10-5 г), основным источником которой являются кометы; нейтральный газ (атомы водорода и гелия).

С 1962 г. планеты и их спутники успешно исследуются космическими аппаратами. Изучены атмосферы и поверхность Венеры и Марса, сфотографированы поверхность Меркурия, облачный покров Венеры, Юпитера, Сатурна, вся поверхность Луны, получены изображения спутников Марса, Юпитера, Сатурна, колец Сатурна и Юпитера. Спускаемые космические аппараты исследовали физические и химические свойства пород, слагающих поверхность Марса, Венеры, Луны (образцы лунных пород были доставлены на Землю и тщательно изучены). С конца 1970-х гг. космическими станциями («Вояджер», «Галилео» и др.) исследовались планеты-гиганты и их спутники. Полученная информация значительно обогатила наши представления о строении и происхождении Солнечной системы.

По физическим характеристикам планеты делятся на две группы: планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) ипланеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). О Плутоне известно мало, но, по-видимому, он ближе по своему строению к планетам земной группы.

Строение планет. Строение планет слоистое. Выделяют несколько сферических оболочек, различающихся по химическому составу, фазовому состоянию, плотности и другим характеристикам.

Все планеты земной группы имеют твердые оболочки, в которых сосредоточена почти вся их масса. Венера, Земля и Марс обладают газовыми атмосферами. Меркурий практически лишен атмосферы. Окутан плотной атмосферой крупнейший спутник Сатурна - Титан, который по размерам больше планеты Меркурий. Титан - единственный спутник в нашей Солнечной системе, обладающий постоянной и плотной газовой атмосферой, которая состоит главным образом из азота и метана. Запущенная в 1997 г. к Сатурну автоматическая космическая станция «Кассини», уже передавшая изображения Сатурна, в 2004 г. сблизилась с Титаном, спустила на его поверхность напарашюте космический зонд «Гюйгенс», который передает информацию о состоянии атмосферы и поверхности Титана (ее температура - -180°С).

Земля имеет жидкую оболочку из воды - гидросферу, а также биосферу (результат прошлой и современной деятельности живых организмов). Аналогом земной гидросферы на Марсе является криосфера - лед в полярных шапках и в грунте (вечная мерзлота). Одна из Загадок Солнечной системы - дефицит воды на Венере.

Характеристики твердых оболочек планет относительно хорошо известны лишь для Земли. Модели внутреннего строения других планет земной группы строятся главным образом на основании данных о свойствах вещества земных недр. Как и у Земли, в твердых оболочках планет выделяют: кору - самую внешнюю тонкую (10-100 км) твердую оболочку; мантию - твердую и толстую (1000-3000 км) оболочку; ядро - наиболее плотную часть планетных недр.

Ядро Земли, состоящее, скорее всего, из железа, подразделяется на внешнее (жидкое) и внутреннее (твердое); температура в центре Земли оценивается в 4000-5000 К. Жидкое ядро, вероятно, есть также у Меркурия и Венеры; у Марса его, по-видимому, нет.

Наиболее распространены в твердом «теле» Земли железо (34,6%), кислород (29,5%), кремний (15,2%) и магний (12,7%).

Таким образом, планеты земной группы резко отличаются по элементному составу от Солнца и совершенно не соответствуют средней космической распространенности элементов - очень мало водорода, инертных газов, включая гелий.

Планеты-гиганты обладают иным химическим составом. Юпитер и Сатурн содержат водород и гелий в той же пропорции, что и Солнце. Вероятно, другие элементы также содержатся в пропорциях, соответствующих солнечному составу. В недрах Урана и Нептуна, по-видимому, больше тяжелых элементов.

Недра Юпитера находятся в жидком состоянии, за исключением небольшого ядра, которое представляет собой результат металлизации жидкого водорода. Температура в центре Юпитера около 30 000 К. Химический и изотопный состав Юпитера отражает, по-видимому, состав межзвездной среды, какой она была 5 млрд. лет назад. Вместе с тем Юпитер никогда не был настолько горяч, чтобы в нем могли протекать термоядерные реакции. Сатурн по внутреннему строению похож на Юпитер. Строение недр Урана и Нептуна иное: доля каменистых материалов в них существенно больше.

Основными источниками энергии в недрах планет являются радиоактивный распад элементов и выделение гравитационной потенциальной энергии при аккреции (объединении) и дифференциации вещества, его постепенном перераспределении по глубине в соответствии с плотностью - тяжелые фрагменты тонут, легкие всплывают. На Земле подобное перераспределение еще далеко не завершилось. Такие процессы вызывают перемещения отдельных участков земной коры, деформацию, горообразование, тектонические и вулканические процессы.

Причина вулканических процессов в следующем. В верхней мантии существуют небольшие области, где температура достаточна для плавления ее вещества. Расплавленное вещество (магма), выдавливающееся вверх, прорывается через кору, и происходит вулканическое извержение. Судя по характеру поверхности, среди планет земной группы тектонически наиболее активна Земля, за ней следуют Венера и Марс. При этом важно, что выделяемая Землей тепловая энергия никогда не приводила ее в полностью расплавленное состояние.

Высокой тектонической и вулканической активностью отличаются и спутники дальних планет Солнечной системы, особенно Юпитера и Сатурна. Недавно было зафиксировано самое крупное извержение вулкана в Солнечной системе на спутнике Юпитера, который называется Ио. Площадь этого извержения - около 2000 км2, а его мощность превышает извержения земных вулканов в 5-6 тысяч раз! Ио - самое сейсмическое небесное тело во всей Солнечной системе.

Поверхность планет и их спутников формируют, кроме эндогенных (тектонических, вулканических) процессов, и экзогенные - падение метеорных тел, астероидов, которое приводит к образованию кратеров, эрозия (под действием ветра, осадков, воды, ледников), химическое взаимодействие поверхности с атмосферой и гидросферой и др. Эндогенные и экзогенные процессы определяют рельеф поверхности планет.

Происхождение планет. Согласно небулярной гипотезе происхождения Солнечной системы (Кант, Лаплас, О.Ю. Шмидт) предполагается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд. лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого располагалось молодое Солнце. Образование звезд и планетных систем - это, по-видимому, все-таки единый процесс, происходящий в результате конденсации облака межзвездного газа в силу его гравитационной неустойчивости.

Таким образом, протопланетная туманность образовалась вместе с Солнцем из межзвездного вещества, плотность которого превысила критические пределы. По некоторым данным (присутствие специфических изотопов в метеоритах), такое уплотнение произошло в результате относительно близкого взрыва сверхновой звезды. Взрыв сверхновой мог ускорить и стимулировать процесс конденсации, а также обеспечить содержание в составе газовой туманности тяжелых элементов. Допланетное облако было мало массивным. Если бы его масса превышала 0,15 массы Солнца, оно аккумулировалось бы не в систему планет, а в звездообразный спутник Солнца.

Протопланетное облако было неустойчивым, оно становилось все более плоским, конденсировалось в уплотненный диск, в нем возникали неустойчивости, которые приводили к образованиюряда колец, а газовые кольца превращались в газовые сгустки -протопланеты. Протопланеты сжимались, твердые пылинки сближались, сталкивались, образовывали тела все больших размеров. В относительно короткий срок (105-8 лет) сформировались девять больших планет.

В настоящее время господствует идея холодного, а не горячего, начального состояния Земли и других планет Солнечной системы, которые возникли в результате аккреции частиц и твердых тел газово-пылевого протопланетного облака, окружавшего Солнце. Однако пока не решен вопрос, была ли Земля гомогенна или гетерогенна к концу своего формирования, образовались ли ядро, мантия и кора в результате гетерогенной аккреции или же наша планета создавалась из гомогенного материала, который затем подвергался дифференциации в процессе последующей геологической истории. Большинство исследователей придерживаются модели гетерогенной аккреции (хотя вопрос о разделе вещества допланетного облака на железные и силикатные частицы пока окончательно не решен).

Астероиды, кометы, метеориты являются, вероятно, остатками материала, из которого сформировались планеты. Астероиды, сохранились до нашего времени благодаря тому, что подавляющее большинство их движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Аналогичные каменистые тела, некогда существовавшие во всей зоне планет земной группы, давно либо присоединились к этим планетам, либо разрушились при взаимных столкновениях, либо были выброшены на пределы этой зоны вследствие гравитационного воздействия планет.

Происхождение систем регулярных спутников (т.е. движущихся в направлении вращения планеты по почти круговым орбитам, лежащим в плоскости ее экватора) авторы космогонических гипотез обычно объясняют повторением в малом масштабе того же процесса, который они предлагают для объяснения образования планет Солнечной системы. Такие спутники есть у Юпитера, Сатурна, Урана. Происхождение иррегулярных спутников (т.е. таких, которые обладают обратным движением) эти теории объясняют захватом.

Что касается Луны, то наиболее вероятным является ее образование на околоземной орбите (возможно, из нескольких крупных спутников, которые, в конечном счете, объединились в однотело - Луну, что обеспечило ее быстрое нагревание), хотя продолжают обсуждаться и маловероятные гипотезы захвата Землей готовой Луны и отделения Луны от Земли.

Внутреннее строение Земли

Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 млн. км. Земля имеет форму сфероида - сжатый силами тяготения эллипсоид. Масса Земли составляет 6*1024 кг. Средняя плотность - 5,5 г/см3 Средний радиус Земли приблизительно равен 6371 км (на экваторе -6378 км, полярный радиус-6256 км). Ускорение свободного падения на Земле (среднее значение) приблизительно равно 9,8 м/с2. Объем Земли, без учета атмосферы и магнитосферы, составляет 1,083 * 1012 км3. Площадь поверхности - 510,2 млн км2.

Динамика обращения Земли вокруг Солнца, вращения вокруг собственной оси, гравитационное взаимодействие со своим спутником Луной приводят к механизму взаимодействия между слоями Земли, порождая эффекты физического согласования, саморегуляции.

Исследователи выделяют следующие сферы Земли:

геологическая(литосфера, мантия, ядро),

гидросфера,

атмосфера,

гляциосфера(лат. glacios- лед),

биосфера,

магнитосфера.

Большую роль в изучении геологической оболочки Земли сыграласейсмология(греч. seismos- землетрясение, logos - наука).

Средняя толщина земной коры составляет 35 км, верхней мантии - до 200 км, средней мантии - до 900 км, нижней мантии - до 2900 км, внешней части ядра - 2900- 5000 км, переходной зоны между внутренним и внешним ядром -от 5000 до 5100 км, внутреннего ядра - от 5100 до 6371 км. Внутренне ядро состоит их железа (80%) и никеля (20%). Температура мантии составляет 2000-2500°С, внутреннего ядра - 4500- 6000°С.

В XIX в. сформировалось две концепции развития Земли. «Теория катастроф» Ж. Кювье утверждала, что развитие осуществляется посредством скачков, катастроф. Эволюционная теория Ч.Лайеля основывалась на развитии посредством небольших изменений, осуществляющихся в одном направлении. Суммируясь, эти изменения приводят к значительным результатам.

Концепции движения материков

Первая гипотеза мобилизма была сформулирована А. Вагенер в 1912: В Карбоне (геологический период) существовал единый массив суши - Пангея. Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану. 135 млн. лет назад Африка отделилась от Южной Америки, а 85 млн. лет назад Северная Америка - от Европы; 40 млн. лет назад Индийский материк столкнулся с Азией и появились Тибет и Гималаи. Основание этой модели заключается в сходстве очертаний материков, как частей расколовшегося когда-то единого праматерикаПангеи; эмпирическом обнаружении в конце 50-х годов расширения дна океана; сходстве геологического строения, верхнепалеозойской флоры и фауны приатлантических континентов (особенно Африки и Южной Америки).

Вторая гипотеза мобилизма называется «новая глобальная тектоника»: литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются по астеносфере (слой пониженной вязкости в верхней мантии Земли; вероятно, в ней происходит перетекание вещества, которое вызывает вертикальное и горизонтальное движение участков блоков литосферы) в горизонтальном направлении. Близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и расходятся в стороны. В глубоководных желобах одна плита подвигается под другую и поглощается мантией. Там, где одна плита сталкивается с другой плитой, образуются складчатые участки блоков литосферы. Изучение литосферы сегодня не обходиться без учета взаимодействия общества и геологической компоненты.

Экологические функции литосферы

вселенная земля планета литосфера

Ресурсная функция верхних горизонтов литосферы заключается в ее потенциальной способности обеспечения потребностей экосистем абиотическими ресурсами, в том числе и потребностей человека теми или иными полезными ископаемыми, необходимыми для существования и развития человеческой цивилизации. Ресурсные потребности человека давно вступили в противоречие с потребностями биосферы в целом. Около 70% добываемых полезных ископаемых в мире составляют энергоресурсы, нехватка которых все растет. На фоне нехватки собственных природных ресурсов энергопотребители стремятся захватить мировые рынки сбыта полезных ископаемых, прежде всего нефти, угля,металлических и полиметаллических руд и т.д., объявляя их зоной национальных экономических интересов. Малейшие«сбои» в этих зонах приводят к тяжелейшим, прежде всего энергетическим и экономическим, кризисам в этих странах. В конечном итоге такой путь развития губителен для людей: все большее число стран, переходя в стадию экономически высокоразвитых государств, с одной стороны, будет вынуждено вступать в конфликты из-за ресурсов, а с другой - все более интенсивно эксплуатировать ресурсы слаборазвитых стран.

Геодинамическая функция литосферы в экологическом аспекте проявляется в ходе различных геологических процессов (экзогенных - оползней, обвалов, селей, береговой абразии, подтопления и т.д. и эндогенных землетрясений, вулканических извержений и т.д.), так или иначе влияющих на различные экосистемы,в том числе и человеческое общество. Эти процессы, как указывалось выше, делятся на природные геологические и процессы, вызванные человеком. Техногенное воздействие человека на литосферу приводят к не только к локальным бедствиям (эрозия почвы, обвалы, наводнения), но и способны инициировать масштабные катаклизмы (землетрясения, цунами, смещение орбиты Земли).

Геохимическая функция литосферы заключается в ее активном участии в процессах круговорота веществ в природе. Выделяют механическую, физико-химическую, биогенную и техногенную миграцию веществ.

Географическая функция литосферы - это способность поверхности Земли долгое время сохранять сухопутные и водные границы. Движение материков составляет сейчас несколько сантиметров в год, но оно ускоряется при активном техногенном воздействии на литосферу.

Итак, экологические функции литосферы - функции, определяющие роль и значение литосферы в жизнеобеспечении биосферы, и главным образом человеческого сообщества. Во всем мире затраты на восстановление естественного равновесия в литосфере пока очень малы. Однако плата человека за вмешательство в природную среду год от года увеличивается. В США ассигнования на природоохранные мероприятия в 1990 финансовом году составили 12,7 млрд. долларов. В России на эти цели выделяется ассигнований почти в 10 раз меньше.

Гидросфера- это вся вода Земли. Вода - самое распространенное вещество на Земле. Она содержится в организмах, минералах, земной коре, океанах, морях, озерах, реках и в атмосфере. Моря и океаны занимают приблизительно 70,8% поверхности Земли. Масса воды на Земле почти в 266 раз больше массы атмосферы (масса атмосферы составляет одну миллионную часть массы Земли).Общие запасы воды на Земле в не связанном физическом и химическом состоянии составляют 1,4 млрд. км3.

Столько же воды находится в различных видах природных соединений. Вода на Земле находится главным образом в океанах (98%). Остальные 2% приходятся на ледники и другие воды. Океаны в основном являются холодными. Только 8% воды океана теплее 10°С, более 50% океанической воды ниже 2°С. Соленость воды океанической (средняя) - составляет 35 г/л. Средняя величина глубины мирового океана -3800 м, максимальная глубина -11 022 м (Марианский желоб). Средняя величина, на которую поднята суша над уровнем Мирового океана, приблизительно 875 м. Распределение воды в океане не является равномерным. Переход от суши к океаническому дну происходит приблизительно таким образом. При переходе от суши глубина растет медленно с уклоном в 1-2 м на километр. Это мелководье протяженностью приблизительно в 80 км, оно называется континентальным шельфом. Затем начинается крутой обрыв, и через 30-35 км от шельфа глубина доходит до 3 км. Дальше начинаютсяабиссальные равнины (лат. abisso-означает бездна, провал) глубиной от 2,5 до 6 км. Абиссаль пересекается изредка хребтами, глубоководными желобами и впадинами с рекордными глубинами в 10 км и свыше 11 км. Исследования осадочных пород свидетельствуют о том, что гидросфера Земли образовалась приблизительно 3,8 млрд. лет тому назад и количество воды в Мировом океане не было строго постоянным и неоднократно менялось. Уровень океана падал на 100-150 м ниже современного, но по площади океан всегда преобладал над сушей.

Сегодня состав океана находится почти в полном химическом равновесии с атмосферой Земли и ее корой. Это насыщенный раствор атмосферных газов, но растворимость их в воде невелика. В нем содержится высокая концентрация углекислоты. Общая масса концентрированной углекислоты в океане в 30-100 раз больше массы всей атмосферной кислоты. Океан является мощным растворителем большей части растворимых в воде химических элементов, которые существуют на нашей планете. Система океан-атмосфера является своеобразнойтепловой машиной, обеспечивающей круговорот СО2 и водяных паров над поверхностью Земли.

Атмосфера Земли по своему химическому составу состоит в основном из азота- 78,1 % и кислорода- 20,95%.Остальное - это водяные пары, СО2 и инертные газы.

Атмосфера Земли представляет слоистую сферу: тропосфера- до 12 км, стратосфера- до 45 км, мезосфера- до 80 км, термосфера- от 100 до 300 км и экзосфера - от 320 до 1000 км и выше. В тропосфере (греч. tropos -- поворот) температура достигает над полюсами до -55°С и до -75° С над экватором. Затем она повышается встратосфере (лат. strat- настил) и достигает 0°С на высоте 55 км. Затем снова понижается до -85°С вмезосфере на расстоянии около 90 км. В термосфере идет повышение температуры и дальнейшее снижение плотности воздуха (до 0,001 г/м3). На высоте 400 км температура больше 1000° С. Этот слой атмосферы с высокой температурой не влияет существенно на внутреннюю температуру международной космической станции, которая находится на такой высоте. Атмосфера вращается вместе с Землей. На высоте от 20 км и почти до 60 км существует в атмосфере озонный слой (Оз), который поглощает вредное для всех живых организмов коротковолновое излучение в диапазоне длины волны 220-290 нм (нанометров).

Гляциосфера Земли (лат. glacios- лед). Снежный покров и ледники выполняют важную роль на Земле:

1. Они отражают значительную часть солнечной радиации и тем самым охлаждают воздух атмосферы.

2. В них содержится огромный запас холода (втрое превышает поступление тепла от Солнца и самой Земли), идущего из ее недр в течение года.

3. В них содержится 2/3 запасов пресной воды Земли.

Современные ледники покрывают площадь свыше 16 млн км2 (11%, суши), а с учетом подземных льдов и плавучих льдов - 100 млн км2 (19,6% земной поверхности). Выпадающий ежегодно снег покрывает 125 млн км2, из которых 2/3 приходится на сушу. Почти 17% выпадающего ежегодно снега идет на подкормку ледников. Самыми крупными ледниками на Земле являются Антарктический и Гренландский. Первый занимает 90% Антарктиды, его толщина (мощность) колеблется от нескольких сотен до 4000 м. Второй занимает 80% Гренландии, его толщина достигает около 3400 м. Специалисты погеокриологии (греч. kryos- холод, мороз) утверждают, что за последние 600 млн. лет на Земле было 17 периодов оледенения, когда льдом покрывалось примерно 30% суши. Последнее оледенение было, как полагают специалисты, 40 тыс. лет назад и продолжалось до 18 или 10 тыс. лет. Получается, что человек живет в относительно комфортных климатических условиях почти 10 тыс. лет. Ученых интересуют также мерзлотости (зоны вечной мерзлоты). Они составляют почти 25% всей поверхности Земли, а в России они занимают 50% ее территории. Как поведут себя мерзлотости в период повышения поверхностной температуры Земли?

Термин «биосфера» был введен в 1875 г. австрийским геологом и зоологом Э. Зюссом. Учение о биосфере было создано в 1926 г. В. И. Вернадским. Биосфера (греч. bios- жизнь и sphaira-шар) - это область живого вещества, жизни на нашей планете. Современные исследования установили значительную роль биосферы в круговороте вещества на Земле (растения поглощают СО2 и производят кислород, которым дышат животные, микроорганизмы и бактерии, участвующие в образовании осадочных пород и т.д.).

Согласно учению В.И. Вернадского биосфера является целостным, многоуровневым образованием. Общая толщина слоя биосферы составляет 17 км. В глубь литосферы живые организмы проникают на 6,5-7 км, в гидросфере они проникают на глубину свыше 11 км. В атмосфере живые организмы живут под озоновым слоем, который задерживает (экранирует) ультрафиолетовое излучение, губительное для всего живого.

В биосферу,по В. И. Вернадскому, входят:

живое вещество - совокупность всех живых организмов, населяющих планету (это где-то 0,02-0,03% от общей массы неживого вещества Земли);

косное вещество - вещество, не связанное с жизнедеятельностью живых организмов;

биогенное вещество, образовавшееся в результате деятельности живых организмов (кислород атмосферы, уголь, газ, нефть, осадочные породы и т. д.);

биокосное вещество - это результат воздействия косного вещества (физико-химические процессы в геологических породах) и живого вещества.

Развитие учения о биосфере, по В. И. Вернадскому, позволило прояснить механизм взаимодействия живого и неживого на Земле, а также роль этого механизма в регуляции климата на Земле. Фактически оказалось, что механизм круговорота энергии, вещества, излучения в форме теплового обмена на Земле является чрезвычайно тонким и высокосбалансированным, поэтому наше представление о том, что ничего не произойдет, все восстановится, является опрометчивым, опасным, губительным для последующих поколений. Так, например, при оценочной величине радиационной температуры (без учета энергии Солнца) всей Земли в -16°С, температуры Мирового океана в 3-5° С и поверхностной температуры Земли в 14° С (речь идет о средних величинах) главная нагрузка на удержание тепла на Земле выпадает на водные пары, СО2 и некоторые другие «парниковые» газы в атмосфере Земли. Именно они создают «парниковый» эффект: не пропускают тепло Земли (тепловые волны, инфракрасное излучение) в околоземное пространство. Это подтверждается исследованиями из космоса. Таким образом, содержание водных паров, СО2и других «парниковых» газов существенно влияет на климат Земли: увеличение СО2 в атмосфере ведет к потеплению, уменьшение - к похолоданию. Как показали современные исследования, содержание СО2 в атмосфере регулируется биохимическими факторами биосферы: увеличение СО2 ведет к увеличению растительного океанического и материкового мира.

Магнитосфера Земли- это область околопланетного пространства Земли. Магнитная сфера Земли с дневной стороны (обращенной к Солнцу) распространяется от б до 14 радиусов Земли, с ночной стороны она образует нечто подобное «хвосту» кометы в несколько сот земных радиусов. Именно магнитная сфера соприкасается с потоком космических частиц (в том числе с частицами солнечного ветра), уменьшая их энергию. Вращение Земли вокруг своей оси делает заметными изменения в магнитной сфере.

Список литературы

1. Биологический энциклопедический словарь / Гл. ред. М.С. Гиляров. - М.: «Сов. Энциклопедия». - 1989. - 864с., ил.

2. Блум Ф. Мозг, разум, поведение. - 1987. - 122с.

3. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для студ. вузов. - М.: Гуманитарный изд. центр «ВЛАДОС». - 2000. - 512с.: ил.

4. Диденко А.В. Естествознание и психология: Фондовая лекция. Томск: Томский филиал Академии ФСИН России. 2006. - 31 с.

5. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Учебник под ред. акад. М.Ф. Жукова. 2-е изд. - М.: ИВЦ «Маркетинг»; Новосибирск: ЮКЭА. - 2000. - 832с.

6. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум. М.: «Высшая школа», 2002. - 110с.

7. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Изд-во «Высшая школа» - 2003. - 488с.: ил.

8. Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания: Учебник. - М.: ТК Велби, Изд.: «Проспект». - 2004. - 264с.

9. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. - изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Альфа-М; ИНФРА-М. - 2003. - 622с.

10. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ. - 2000. - 287с.

11. Скопин А.Ю. Концепции современного естествознания: Учебник. - М.: ТК Велби, Изд.: «Проспект». - 2004. - 392с.

12. Тимощук А.С. Концепции современного естествознания для юриста: учебное пособие. - Владимир, 2005. - 112с.

13. Титов Д.С. Введение в дисциплину «Концепции современногоестествозна-ния». Естествознание и окружающий мир: Фондовая лекция. Томск: Томский филиал Академии ФСИН России, 2005. - 30 с.

14. Титов Д.С. Современная биология: Организация живой материи. Эволюция живой природы: Фондовая лекция. Томск: Томский филиал Академии ФСИН России, 2005. - 30 с.

15. Титов Д.С. Современная химия. Естественнонаучные знания о веществе: Фондовая лекция. Томск: Томский филиал Академии ФСИН России, 2005. - 34 с.

16. Титов Д.С. Человек как объект изучения естествознания. Фондовая лекция. Томск: Томский филиал Академии ФСИН России, 2006. - 35 с.

Размещено на Allbest.ru