В.А. Магницкий - Общая геофизика (1119278), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таким образом, мы неизбежно приходим к выводу,что недра планеты определяют ход и направление развития ее внешних оболочек. Без изучения глубоких частей земных недр нельзявскрыть ,причины основных геотектонических и магматических процессов, процессов, определяющих лик нашей планеты и причиныразличий между ликом Земли и других планет земной группы. Здесьмы находимся еще в самом начале пути. Достаточно напомнить, чтомы еще почти ничего не знаем о природе и причинах возникновенияи 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 проблеме сейсмической опасности,к проблеме прогноза землетрясений.Эти и многие другие проблемы и рассматриваются в настоящемпособии.
Делается попытка описания способов их решения и рассмотрения методов изучения. Дается обзор вероятных путей развитияЗемли и ее оболочек, высказываются некоторые соображения о путяхвлияния человека на дальнейшие судьбы экологической обстановкина Земле.Академик В, А, МагницкийЧасть IФИЗИКА ТВЕРДОЙ ЗЕМЛИВведениеПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ—ЧАСТИЦА ВСЕЛЕННОЙПо 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 базируютсяне только на теоретических расчетах, но и на наблюдениях и анализетак называемого “реликтового” радиоизлучения Вселенной, котороепредставляет собой “выродившееся” по причине красного смещенияизлучение горячей плазмы, сохранившееся с той эпохи, коща 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 спектральныхлиний далеких галактик в длинноволновую часть спектра.
Это явление интерпретируется как доплеровский сдвиг частоты излучения,возникающий при движении источника излучения от наблюдателя соскоростью, пропорциональной расстоянию. Отсюда возникла гипотеза о расширении Вселенной. Экстраполяция во времени назад приводит к выводу, что расширение Вселенной началось свыше 10 млрд летназад. Начало расширения трактуется как “большой взрыв”, сразупосле которого и появилось то микроволновое излучение, котороетеперь называется “реликтовым”. В эпоху, когда возникло наблюдаемое сейчас “реликтовое” излучение, тогдашняя Вселенная была умеренно нагретой (~ 4000 К) плазмой, заключенной в небольшой области, радиус которой составлял около 15 млн световых лет.
Это внесколько раз меньше современного расстояния от Солнечной системы до центра скоплений галактик в созвездии Девы, к которомупринадлежит и наша Галактика. Современные расстояния до удаленнейших от нас галактик исчисляются многими миллиардами световых лет. Концентрация частиц в вышеупомянутой “первобытной”плазме была умеренной — около 3000 на 1 см3, и все пространствобыло заполнено равновесным излучением, соответствующим температуре ~ 4000 К, химический состав плазмы очень простой: смесьводорода и гелия. Более тяжелых элементов в ней почти не содержалось.И вот из этой простейшей плазмы в процессе ее дальнейшейэволюции возникло все огромное многообразие наблюдаемой намив настоящее время Вселенной. По-видимому, очень сложным способом, непонятным до сих пор, образовались тяжелые элементы,появились частицы сверхвысоких энергий: космические лучи, галактики, очень разнообразные по своим характеристикам звезды,планеты и на нашей планете — все многообразие природы и живыхсуществ.
Ученые предполагают, что возможно существование живыхорганизмов и на некоторых других планетах, обращающихся вокругдругих звезд. О механизме грандиозного фантастического процессаэволюции Вселенной, приводящего к ее непрерывному усложнению,можно только строить те или иные предположения. Однако можнос уверенностью указать на один принципиальный фактор, с необходимостью вызывающий эволюцию вещества во Вселенной, — этотак называемая ‘‘гравитационная неустойчивость”, смысл которойбыл ясен еще Ньютону, а ее теория была создана в начале нашего векаизвестным английским астрономом Джинсом.
Сущность неустойчивости состоит в том, что по причине всемирного тяготения материяне может быть распределена с постоянной плотностью в сколь угодно большом объеме. С неизбежностью в силу взаимного притяжения она должна “разбиться” на отдельные конденсации, сгустки.В первоначальной Вселенной почти однородная плазма должна была распасться сначала на огромные сгустки, из которых в дальнейшем образовались скопления галактик. Галактики по той жепричине разбились на “протогалактики”, из которых естественнымобразом возникли “протозвезды”. Образование звезд из “диффузной” межзвездной среды, как установлено, продолжается и в настоящее время.Возможно, что кроме гравитационной неустойчивости существуют и другие фундаментальные причины, приводящие к эволюции материи во Вселенной.
Эта глубокая проблема требует дальнейшего всестороннего исследования.Наша Галактика, в которой находится наша крошечная планетаЗемля, образует только малую часть Вселенной. Солнце и его планетная система расположены во внешней части Галактики, представляющей собой дискообразное скопление звезд и межзвездных пылии газа, видимых нами как Млечный Путь. Среднее расстояние Землиот Солнца 149,6 * 106 км, а средняя скорость ее движения по орбите 29,8 км/с. В табл.
1 приведены данные о Солнце и планетахСолнечной системы. Возраст Галактики, определенный на основеподсчета содержащихся в метеоритах радиоактивных протонов уранаи тория и продуктов их распада, оценивается в 10 млрд лет. Солнечная система сформировалась приблизительно на 5 млрд лет позжеобразования Галактики.Таблица 1Физические характеристики Солнца и планетНебесноетелоСреднеерасстояние отСолнца,Средняяплотность,кг/ м3Наклонэкватора корбите696 1031,41в центре98,07°15'Периодвращениявокруг осиСреднийрадиус,км1 ,9 9 -1030=26земныхсутокМасса, кгСжатиеМЛН к мСолнце'Меркурий57,913,304 -102358,6земныхсуток24375,450°0,00Венера108,214,872 1О24243,16земныхсуток, обратное вращение60505,2586°1-.3-104Земля149,605,978 10 24 23h56m04s63715,51823°27'1:298,25Марс227,946 ,4 2 3 -1 О23 24h37m23s33883,94324°48'1:191,1Юпитер7 7 8 ,31,900-10 279h50m697201,343°7'1:15,3Сатурн1429,35 ,6 8 9 '102610h 14m579000,7026°45'1:10,2Уран2875,038 ,7 2 -102510h42m ,обратноевращение245401,4198 °0'1:18Нептун4504,41 ,03-10 2615h48m250001,5829°1:60Плутон590010 23—10246,39земныхсуток2200999Существует два основных класса звезд: звезды главной последовательности и гиганты (определяются по диаграмме Герцшпрунга —Рассела).
Солнце является довольно типичной звездой главной последовательности, оно прошло стадию сжатия из межзвездного веществасвыше 4,5 млрд лет назад.По современным представлениям планеты и их спутники образовались одновременно с Солнцем при конденсации газопылевого Солнечного облака. Это так называемая небулярная гипотеза, высказанная еще Декартом и Кантом и вновь привлекшая внимание ученыхво второй половйне нашего столетия. Соперничающая с нею группа гипотез связывает образование планет с катастрофическим явлением, например с приближением к Солнцу другой звезды, “вытянувшей” из Солнца газовую струю, впоследствии сконденсировавшуюся в планеты, со взрывом сверхновой и т.п. Катастрофическиегипотезы встречают намного больше трудностей, чем небулярнаягипотеза, при объяснении последователь эсти процессов формирования планет, поэтому общепринятой е настоящее время являетсянебулярная.
Она хорошо согласуется с современными взглядами наобразование звезд и объясняет многие закономерности строения Солнечной системы. Наиболее трудно объяснимыми остаются такие факторы, как, во-первых, несоответствие между распределением массывещества в Солнечной системе (более 99% принадлежит Солнцу) имомента количества движения (98% принадлежит планетам), вовторых, химическое несоответствие между планетами-гигантами ипланетами земной группы и, в-третьих, неполная ясность механизмаконденсации.В настоящее время в рамках небулярной гипотезы первое несоответствие объясняется взаимодействием между магнитным полемСолнца и ионизованным газопылевым облаком, которое может привести к передаче момента во внешние части сжимающегося облака.К такому же результату могут привести и эффекты турбулентностив облаке.На важность химических данных в теории происхождения Солнечной системы впервые указал Юри.
Различные тела Солнечнойсистемы образованы в основном тремя группами химических элементов. Около 90% массы Солнца составляют водород и гелий(I группа), около 1,5 — углерод, азот и кислород (II группа) и около 0,25% — магний, железо и кремний (III группа). Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и астероиды обладают значительной плотностью и состоят преимущественно из Mg,Fe и Si, Юпитер и Сатурн крупнее земных планет, их состав (в основном Н и Не) возможно, мало отличается от состава Солнца илипервичной околосолнечной туманности.
Состав Урана и Нептунаопределяется твердыми соединениями элементов II группы: метаном, аммиаком и льдом. Таким образом, во время формированияпланет должна была происходить сильная химическая дифференциация. Менее летучие элементы III группы должны были выделитьсяиз облака в окрестностях планет земной группы, когда облако вытягивалось под действием магнитных или иных сил. Тогда же водороди гелий, составлявшие свыше 90% всей первоначальной массы облака, интенсивно улетучивались в окружающее пространство в окрестностях Юпитера и Сатурна. Однако механизм этого “выдувания”неясен.Можно нижеследующим образом подытожить возможные стадииформирования Солнечной системы.За счет сил гравитации Солнце сжималось, и поэтому его угловаяскорость постепенно увеличивалась.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
