2 (1119284)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Основыгеофизики2017 Лекция №2Носов Михаил Александровичотделение геофизики, физический факультет МГУhttp://ocean.phys.msu.ru/courses/geo/ОбразованиеСолнечной системыи ЗемлиРанние гипотезы происхождения Землисередина 18 века. Гипотеза Бюффона1749 г. В 1-м томе книги «Естественнаяистория» Бюффон предложил одну из первыхкосмогонических гипотез: планеты и ихспутники образовались из расплавленноговещества, выбитого из Солнца большойкометой. Скользящий удар вызвал вращениеСолнца и движение планет в одномнаправлении.

Спутники планет образовалисьна той стадии, когда планеты были жидкимив результате отрыва вещества из-за быстроговращения.Трудности: таких больших комет несуществует; мала вероятность круговых орбитпланет с закономерным измененим радиусов;вещество Земли не было расплавлено целикомhttp://www.sai.msu.su/ng/solar/solar_hystorySS_buffon.htmlЖорж-Луи Леклеркде Бюффон(1707-1788)французский натуралист,естествоиспытатель,математик и биологРанние гипотезы происхождения Земликонец 18 века. Гипотезы Канта и Лапласа1755 г. И.Кант объясняет образование планет изпылевого облака («Всеобщая естественная история итеория неба, или исследование о составе имеханическом происхождении всего мироздания,построенное на основе принципов Ньютона»).http://www.sai.msu.su/ng/solar/solar_hystorySS_kant.html1796 г. П.Лаплас выдвинул гипотезу об образованииСолнца и Солнечной системы из сжимающейсягазовой туманности.

Часть газового веществаотделилась от центрального сгустка под действиемвозросшей при сжатии центробежной силы(следствие закона сохранения момента количествадвижения). Это вещество послужило материаломдля образования планет.http://www.sai.msu.su/ng/solar/solar_hystorySS_laplas.htmlИммануил Кант(1724-1804)Пьер Симон Лаплас(1749-1827)Трудности: невозможность объяснить медленностьсовременного вращения СолнцаРанние гипотезы происхождения Земликонец 19 века. Гипотезаамериканских ученыхФ.Мультона и Т.Чемберленаоб образовании планет измелких твердых частиц(планетезимали), которыеThForвозникли в результатеomestasRaзастывания вещества,Ch1y818743− ambMo2выброшенного Солнцем в−19 ult192 erlino8)52)nвиде огромныхпротуберанцевТрудность: такое образование планетезималейпротиворечит закону сохранения моментаколичества движения (масса планет менее 1%, ноони несут 98 % момента количества движения).Ранние гипотезы происхождения Земли 20-30 годы 20 века.

ГипотезаДж.Джинса. Он полагал, чтопланеты образовались извещества, вырванного изСолнца притяжениемпролетевшей поблизости звездыhttp://www.sai.msu.su/ng/solar/solar_hystorySS_jins.htmlJames Jeans(1877-1946)Трудности: (1) звезда должна была пролететьслишком близко – чрезвычайно редкое событие;(2)вещество и возникшие из него планеты должныбыли бы кружиться вблизи Солнца; (3) веществобыло бы слишком горячим, и оно рассеялось бы впространстве.Ранние гипотезы происхождения Земли1943 г.

ГипотезаО.Ю.Шмидта обаккумуляции планет изроя холодных тел ичастиц, захваченногоСолнцемОтто Юльевич Шмидт(1891-1956)Земля образовалась из холодных тел, ане из сгустков раскаленной материи“дыры в небе”Уильям Гершель17381822выдающийсяанглийскийастроном—Современная концепция образованияСолнечной системы и Земли Солнечная система возникла ~ 4.7 млрд. лет назадкак результат аккреции твердых частиц холодногогазопылевого протопланетного облака; Планеты и Солнце сформировались в единомпроцессе; «Строительный материал» образовался врезультате взрыва двух *** сверхновых звезд.***в метеоритах встречаются следыкороткоживущих изотоповАккреция (accretion, прирост, срастание) – падениевещества на космическое тело из окружающегопространстваОбразование Вселенной ~14 млрд.

летназад в результате «Большого взрыва»излучениеBig BangТяжелыхэлементов несуществовало!«легкие»частицы(протоны,электроны,нейтроны,ядра гелияи др.)Гравитационная неустойчивостьFi  0iПри равномерном распределении массы частицы в положении равновесия!устойчивое или неустойчивое?NУстойчивостьmgNМалыевозмущениянарастают современемМалыевозмущениязатухаютmgГравитационная неустойчивость(неустойчивость Джинса) - развитиевозмущений плотности и скоростисреды под действием сил собственноготяготениякрасные карлики,нейтронные звезды и черныедырыГравитационный коллапс,взрыв сверхновой«Выгорание»от H до Fe,???NiВодородно-гелиевыепротозвездыГравитационнаянеустойчивость«Строительныйматериал» для звездследующего поколения,в т.ч. тяжелые элементыАккреционный диск Гравитационное сжатие Сохранение углового момента Излучение и солнечный ветерДанные наблюдений подтверждают: правдоподобность «стандартногосценария» формирования планетныхсистем оценку времени формирования(десятки млн.

лет)ПлутонНепСатурнЮпитерМарсЗемляВенераМеркурийУрантунМодель образования Солнечной системыдолжна объяснять следующий наборнаблюдаемых фактов:1. Все планеты движутся по эллиптическиморбитам в одном направлении2. Орбиты всех планет (кроме Плутона - 17o)лежат в единой плоскости (различие непревышает 6o)3.

Солнце вращается в направлениидвижения планет по орбитам, а ось еговращения перпендикулярна плоскостиорбит4. Закономерное изменение среднего гелиоцентрического расстояния (правило Тициуса — Боде)Ср.гелиоцентрическое расстояние, а.е.10010mR  0.4  0.3  2m  ,0,1,2,3...10.1ПоннтутлуепннртеурраНУатСпиЮсарМямлЗеранеВейрикуерМИнгредиенты Солнечной системыМеталлы T конденсацииFe, Ni, Al1600 Kминералы на основе кремниясиликаты500-1300 Kльды: метан, аммиак, водаCH4, NH3, H2O ~150 Kлегкие газыH, He-0.2%0.4%1.4%98%5.

Закономерное изменение средней плотности36543210Средняя плотность, г/смПонтлуннтунраурепНУатСртеспиЮарМямлЗеранеВейрикуерМ6. Закономерное изменение радиусаЭкваториальный радиус, тыс.км806040200нтонтунлуПраепНУрнтеуратСпиЮсарМриямлЗеранеВейкуерМ7. Закономерное изменение массы350300250200150100500Масса (в массах Земли)31895.10.0550.816 114.6 17.2 0.00170.107ПоннтутлуепннртеурраНУатСпиЮсарМямлЗеранеВейрикуерМЭнергия аккрецииM dM F  G  3 rrdMr dA   F d r RM dMGRRMэнергия связиdW  dAdrM dMdW  G2rdM  4r ( r )drr2M   4r̂ (r̂ )dr̂0r(r )R2W  16 G 0r 2  r̂ (r̂ )dr̂  r (r )dr0 f (r )4 3  const    M R3 216 2 2 5 3 GM W  G   R   5 R15 1/ 3 4  G   3355/3M   AэнергияаккрецииG  6.67  101132м /(кг  с )  5518 кг / м31/ 3 4 A  G   324M   5.978  10 кг35M5/ 332A  2.24 10 Дж7A / M   3.9 10 Дж / кгУдельная теплота парообразованияжелеза: 6.12·106Дж/кгЭнергии аккреции достаточно для испарениявещества Земли!Солнце  Земля17L   1.75 10 Вт15T  A / L   1.3 10 c  40 млн.

летРост массы ЗемлиОбщие сведения о планете ЗемляРасстояние до Солнца149.6 млн. кмМасса5.978·1024 кгПериод вращения вокруг оси23ч. 56мин. 04с.Средний радиус6371 кмСредняя плотность5518 кг/м3Наклон экватора к орбите23о27’Внутреннее строение ЗемлиВ отличие отатмосферы игидросферыпрактическинедоступно дляпрямого изученияИсточники информации овнутреннем строении Земли: Сверхглубокое бурение (12 262 м); Материал, извергнутый вулканами; Сейсмические данные; Тепловой поток; Магнитное поле; Гравитационное поле; Интегральные характеристики(масса, момент инерции).кора 5-70 кмКак возниклатакаяструктура?мантиявнешн.ядровнутр.ядроИсточникиэнергии внутриЗемли?Источники энергии в недрах Земли1.Распад радиоактивных U, Th, 40K,26Al, 60Fe2.Гравитационная дифференциация3.Приливная диссипация4.Гравитационное сжатие5.Химические реакции и фазовыепереходы (источники и стоки энергии)Энергия гравитационнойдифференциациисовременноераспределение плотностипо PREM (PreliminaryReference Earth Model)Энергия гравитационной дифференциацииэнергия0tW1W2Q  W1  W2Rr 2W  16 G    r̂ (r̂ )dr̂  r ( r )dr00232W1  2.24  10 Дж (  const )32W2  2.55  10 Дж (PREM )32Q  W1  W2  0.31  10 ДжЭнергия гравитационнойдифференциацииВремя тепловой релаксации шара~R2Коэффициенттемпературопроводности[м2/с]6 371 000 м12 3 10 лет725 10 м / cвозраст Земли94.6·10 лет !!!R ~    270 км происхождение условия существования состав элементы структурыГипотеза 1Атмосфера была захвачена изпротопланетного облака в процессеаккрецииОснования для сомнений…1.Летучие элементы не могли быть удержаныв зоне формирования планет земной группыиз-за высокой температуры в этой областипротопланетного диска2.Выметание первичных атмосферсолнечным ветром молодого СолнцаГипотеза 2 (современная концепция)Атмосфера и гидросфера Земли образовалисьоколо 4 млрд.

лет назад в результате дегазациимантии. Первичная атмосфера состояла изH2O, CO2 и др. газов (H2S, CO, H2, N2, CH4,NH3, HF, HCl, Ar)Ar O2 отсутствовал земное вещество сильно обедненолетучими и подвижными элементами исоединениями, в противном случаеатмосфера и гидросфера были бы болеемощнымиГипотеза 2 (современная концепция)Атмосфера и гидросфера Земли образовалисьоколо 4 млрд.

лет назад в результате дегазациимантии. Первичная атмосфера состояла изH2O, CO2 и др. газов (H2S, CO, H2, N2, CH4,NH3, HF, HCl, Ar)ArЭксперимент «Царев-2» (ИДГ РАН)СВЧ нагрев в вакууме метеоритногообразца (обыкнов. хондрит класса L)Выделяются: H2, N2, CH4, CO, H2O, etc.Гипотеза 2 (современная концепция)«Судьба» основных соединений:H2O  гидросфера, атмосфера, …CO2  большая часть связана в горныхпородах и органическом веществеN2  органическое вещество, осадочныепороды, современная атмосфераО2  в заметном количестве появился 1.5 млрд.лет назад, источники: фотосинтез (по мереразвития жизни), фотодиссоциация параГипотеза 3Атмосфера и гидросферасформировались в результатеинтенсивной бомбардировки кометамии астероидами из внешних областейСолнечной системы на ранних этапахэволюцииУсловиесуществованияатмосферыДиссипация атмосфер –ускользание газов из атмосферкосмических тел, вызванноетепловым движением атомов имолекулv K 2  2GM / R  2gR  11.2 км / cнаиболее вероятная тепловая скоростьv  2kT / mпри T  300 Kv H 2  1.5 км / c   11.2 км / сv N 2  0.5 км / cРаспределение МаксвеллаvK2Зависимость средней скорости от высоты«Standard Atmosphere»Зависимость среднего молекулярноговеса от высоты«Standard Atmosphere»Атмосфера неоднородна посоставу: «тяжелые»молекулы сосредоточены внижних слоях => они немогут покинуть атмосферуТолько водород и гелий эффективнодиссипируют из атмосферы ЗемлиВремя полного улетучиваниягазов из атмосферы Земли•Водород – несколько лет•Гелий – несколько млн.

лет должны  источники этих газовКритерий устойчивостиатмосферыВремя диссипации атмосферыпревышает время существованияпланетыВ верхних (!) слоях атмосферыv  v K 2kTmGMR***диссипация компенсируется источниками.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций