В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика

УДК 551.46 ББК 26.2 Т80 Трухин В. И.. Показеев К. В., Куницын В. Е. Общая и экологическая геофизика. Мл ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 576 с. 18В11 5-9221-0541-8. Учебник предназначен для изучения основ глобальной геофизики и экологии. Приведены сведения об основных фундаментальных понятиях твердой Земли, гидросферы и атмосферы, экологии. Даны описания глобального экологического кризиса, основных глобальных экологических проблем геофизики (глобальное потеплени1: загрязнение Мирового океана; озоновый кризис; геофизические явления, приводящие к стихийным бедствиям — цунами, ураганы, землетрясения и др.).

При подготовке издания использован материал лекций, прочитанных авторами на физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова. Для студентов, получающих фундаментальное естественнонаучное образование, в частности, по специальностям <Физика>, <Физика Земли и планет>, <Физическая экология>, <Медицинская физика>.

Учебник будет также полезен для всех, интересующихся происхождением и эволюцией Земли, строением нашей планеты, ролью экологии в обеспечении ее устойчивого развития. © ФИЗМАТЛИТ, 2005 © В.И. Трухин, К.В. Показеев, В. Е. Куницын, 2005 1ЗВ51 5-9221-0541-8 Предисловие Несмотря на огромные достижения в последние десятилетия в дело проникновения человека в Космос, Земля остается и, видимо, еще долго будет оставаться нашим единственным домом, единственной базой для всех мероприятий человечества. Именно Земля еще долго будет основным источником всех ресурсов, необходимых для жизнедеятельности и жизнеобеспечения, без которых невозможно само существование человечества, его культуры, его дальнейшее развитие. Именно по этой причине так резко повысилось внимание во всех странах к развитию всего комплекса наук о Земле и, едва ли не в первук> очередь, геофизики.

Во всех передовых странах ассигнования на развитие геофизики за последние годы существенно возросли. Очевидно, что сохранение жизнеобеспечивающей экологической обстановки на нашей планете стало проблемой первостепенного значения, и в решении этой проблемы геофизика играет одну из ведущих ролей. Следует подчеркнуть и еще одну важную особенность нашего времени. Мы живем в эпоху, когда острее, чем когда-либо, встал вопрос об обеспечении деятельности и жизни людей природными ресурсами. Необходимые природные ресурсы делятся на возобновляемые и практически певозобновляемые, накопленные на Земле за 4,5 млрд лет ее эволюции. Сейчас многие виды ресурсов близки к исчерпанию хотя бы в смысле их доступности. Уходят в прошлое те времена, когда многие виды ресурсов были относительно легко доступны и использовались без заметного ущерба для самой природы, для существования человечества.

Болыпинство полезных ископаемых сосредоточено в недрах Земли, .и естественным путем в первую очередь были израсходованы те из них, которые лежат вблизи земной поверхности. Сейчас мы вынуждены переходить к поискам полезных ископаемых на гораздо больших глубинах, а также на дне морей и океанов. Во всех этих случаях геофизические методы становятся ведущими. Однако роль геофизики не ограничивается только поисками и разведкой полезных ископаемых. Фундаментальная геофизика Предивлоепе является почти единственным источником знаний о внутреннем строении нашей планеты и, в последние годы, таких ее космических соседей, как Луна, Марс, Венера, все другие планеты и само Солнце.

Через изучение самых верхних частей атмосферы и различных физических полей Земли геофизика смыкается с изучением космического пространства. Огромна роль геофизики в изучении процессов, протекающих в тело Земли начиная с глубин земного ядра и кончая водной и газовой оболочками Земли.

Здесь мы подходим к изучению проблем развития., эволюции Земли во времени., эволюции ее внутреннего строения, самой проблемы происхождения различных оболочек Земли, их взаимодействия. Нет сомнений, что Земля в прошлом имела иное строение, ее современное строение явилось результатом эволюции во времени в результате процессов, протекавших и протекающих в теле планеты. Что эти процессы активно происходят и в наше время, что Земля -- развивающеегл тело, мы знаем благодаря проявлению этих процессов вблизи поверхности нашей планеты. Деятельность вулканов, землетрясения с очагами на глубине сотен километров, движение земной коры как в наше время, так и в глубоком геологическом прошлом все свидетельствует об активной жизни нашей планеты, о взаимодейсгвии ее оболочек, об изменении их состава и функций и о постоянном изменении экологической обстановки. Все эти изменения в прошлом происходили естественным путем, даже деятельность человека до последнего времени не влияла существенно на ход природных процессов; слишком малы были энергетические возможности человека по сравнению с энергетикой основных природных процессов, влияющих на развитие экологической обстановки на Земле в целом и в крупных ее регионах.

Но с начала ХХ века и особенно в последние десятилетия положение стало меняться. Чудовищное засорение среды обитания, безоглядное истребление всех природных ресурсов, перестройки крупных регионов земной поверхности в процессе хозяйственной деятельности с единственной целью получить максимальную сиюминутную выгоду могут привести и уже приводят к последствиям, грозящим катастрофами. Даже неизбежная хозяйственная деятельность, как и широкое использование ядерной энергии, без должного учета геофизического и других факторов грозит бедственными последствиями, примеры которых мы уже имели случаи наблюдать.

Нечего и говорить о часто предлагаемых новых гигантских проектах, Предисловие сулящих огромные выгоды, но влекущих тяжелые последствия, быть может, замедленного действия, но тем более опасные. Наконец, необходимо отметить огромную роль, которую играет геофизика в решении самых фундаментальных проблем естествознания — проблемы зарождения и развития нашей планеты и родственных ей планет, проблемы возникновения, развития и преобразования верхних оболочек Земли: каменной (кора), водной и газовой.

Эти оболочки, их свойства, строение, состав, их взаимодействио целиком определяют всю область биосферы, область, где появилась и существует жизнь на Земле. Сейчас уже можно говорить, что органическая жизнь появилась на нашей планете практически одновременно с образованием земной коры, т.е.

3 — 3,5 млрд лет назад, и вряд ли можно сомневаться, что на ход эволюции биосферы существенное влияние оказывает характер эволюции всех трех оболочек Земли, изменения их состава, строения и взаимодействия. Нет сомнения, что все эти явления определялись жизнью, развитием всей массы планеты, процессами на всех ее глубинах.

Вспомним, что такое важнейшее поле, как магнитное поле планеты, в значительной степени определяется свойствами земного ядра и процессами в нем. Таким образом, мы неизбежно приходим к выводу, что недра планеты определяют ход и направление развития ее внешних оболочек. Без изучения глубоких частей земных недр нельзя вскрыть причины основных геотектонических и магматических процессов процессов, определяющих лик нашей планеты и причины различий между ликом Земли и других планет земной группы. Здесь мы находимся еще в самом начале пути.

Достаточно напомнить, что мы еще почти ничего не знаем о природе и причинах возникновения и исчезновения такого широко известного явления, как континентальные оледенения Земли, которые неоднократно возникали в течение геологической истории. Само образование и размещение в земной коре большинства полезных ископаемых определяется теми же глубинными процессами, без знания которых будет невозможно планировать поиски необходимых ресурсов. То же относится и к проблемам сейсмической опасности и прогноза землетрясений.

Дальнейшее развитие Земли и ее оболочек будет определять условия жизни на нашей планете. Однако влияние человека на природу становится столь существенным, что необходимо не только учитывать, но и ограничивать это влияние с целью сохранения нормальной экологической обстановки па Земле. Введение По современным представлениям ученых, занимающихся проблемами происхождения и эволюции Космоса, Вселенной, на ранних этапах эволюции Вселенной не было ни планет, ни звезд, ни галактик, ни их скоплений. Была только более или менее однородная водородно-гелиевая плазма. Эти представления базируются не только на теоретических расчетах, но и па наблюдениях и анализе так называемого «реликтового» радиоизлучения Вселенной, которое представляет собой «выродившееся» по причине красного смещения излучение горячей плазмы, сохранившееся с той эпохи, когда никаких звезд и галактик не было.

По интенсивности реликтовое излучение соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре около 3 К. Красным смещением называется явление смещения спектральных линий далеких галактик в длипноволновую часть спектра. Это явление интерпретируется как доплеровский сдвиг частоты излучения, возникающий при движении источника излучения от наблюдателя со скоростью, пропорциональной расстоянию. Отсюда возникла гипотеза о расширении Вселенной.