Текст книги "Тайны подземного мира"

Автор книги: Алим Войцеховский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 30 страниц)

Космическая «прописка» нашей планеты

Посмотрим, уважаемые читатели, на небо ясной ночью. Множество звезд окружают нас. Они разнообразны: некоторые из них ярко мерцают, другие – едва заметны. Цвет одних – голубоватый, вторых – желтый, третьи имеют красноватый оттенок. И расположены звезды неравномерно: имеются участки неба, где они редки, а вот через весь небосклон протянулась сливающаяся звездная полоса. Это так называемый Млечный Путь, который образован звездами, подобными нашему Солнцу

Спиральная галактика Млечного Пути – одна из множеств галактик разной формы, существующих во Вселенной. Наша Галактика включает в себя свыше 100 миллиардов звезд. Таким образом, можно представить, насколько многообразна и бесконечна наша Вселенная.

Наша Галактика не одинока: на огромных расстояниях от нее расположены другие «звездные острова», также состоящие из многих миллиардов звезд. Ближайшая к нам галактика – Магеллановы Облака – отстоит от нас на расстоянии 100 тысяч световых лет, а наиболее далекие галактики, из еще доступных для наблюдения с Земли, находятся от нас на расстоянии многих миллионов световых лет…

Мы с вами, дорогие читатели, живем на одной из планет Солнечной системы, которая представляет собой сравнительно небольшую совокупность небесных тел в одном из уголков необъятного звездного мира, входящего в состав галактики Млечного Пути.

Ввиду того, что Солнце – центр притяжения Солнечной системы – и наша Земля располагаются внутри нашей Галактики, мы наблюдаем ее край как бы из середины. Млечный Путь кажется нам не спиральным скоплением звезд, а сплошной дугообразной полосой, пересекающей ночное небо. Предположение, что эта светлая дуга состоит из скопления звезд, было высказано Галилео Галилеем еще в начале XVII века.

Видимые на ночном небе звезды слишком удалены от нас, что не позволяет наблюдать их с более близких позиций. Невооруженным глазом мы наблюдаем немногим более 5000 звезд. Млечный Путь, как предполагается, имеет форму диска с диаметром около 100 тысяч световых лет. Напомним, что свет за одну секунду проходит около 300 тысяч километров, а за один год – 10¹³ километров.

Солнце располагается примерно в 3/5 расстояния от центра галактики Млечного Пути. Все звезды этой галактики, в том числе и наше Солнце со своей планетной системой, совершают полный оборот вокруг галактического центра за 240–250 миллионов лет (галактический год). Скорость этого движения велика и составляет 240 километров в секунду.

Солнце – звезда среднего размера диаметром 1,39 х 10⁹ километров. Она является источником жизни на нашей планете, царственно величавое светило и замечательный термоядерный реактор с гарантийным сроком существования около 5 миллиардов лет. Благодаря Солнцу на Земле расцвела во всем своем многообразии жизнь.

Как установили ученые, она образовалась в результате лишь вполне определенного и неизменного состава излучаемого солнечного спектра. И все же мы хотим донести до читателей книги осознание следующего факта… Мы хотим отметить, почему наша планета при очевидной общности со всей Солнечной системой все же настолько уникальна, что стала единственно известным в настоящее время источником жизни?.. Вполне возможно, что с уникальностью физических условий на самом Солнце связано существование и человеческой жизни на Земле?..

Но недаром наше дневное светило нет – нет да и напомнит о себе каким‑нибудь неприятным для нашей Земли событием. Речь идет, конечно, об апериодических выбросах гигантских плазменных протуберанцев. Другими словами, сегодня можно сказать, что огненное «дыхание» солнечной короны доходит до Земли, но в сильно ослабленном виде. Иначе говоря, мы живем в зоне воздействия солнечной короны.

Полярные сияния – это потоки солнечного вещества, попавшие достаточно сложным путем в верхнюю атмосферу Земли, что заставляет, в частности, пульсировать магнитное поле нашей планеты. Связь между вспышками на Солнце и повальными эпидемиями, засухами, наводнениями, извержениями вулканов на Земле была замечена давно.

Все их систематизировал замечательный русский ученый А. Л. Чижевский, который открыл 11–летний цикл и периодическую активность Солнца. Он также первый сказал о влиянии солнечной активности на общественные процессы и социальную активность людей. В эти периоды проходили многие революции и крупные политические движения масс. Достаточно вспомнить следующие как бы наиболее «активные или боевые» в жизни людей годы прошлого века: 1905–1907, 1917, 1928, 1938, 1947, 1968, 1979 и 1990–1991 годы.

Учебники и популярные книги по астрономии подчеркивают, что Солнце представляет собой довольно среднюю звезд и ничем особым не выделяется. Но анализ спектров звезду, подобных Солнцу, показал, что Солнце – не такая уж рядовая звезда, как это считалось совсем недавно. Ведь, несмотря на все усилия поиска звезд – аналогов, пока не обнаружено ни одной звезды, которую можно было бы назвать «двойником» Солнца.

Помимо собственно Солнца в состав его системы входят девять больших планет со спутниками, несколько десятков тысяч малых планет (астероидов), большое множество комет и неисчислимое количество мелких метеорных тел.

Планеты расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Расстояния планет от Солнца образуют закономерную последовательность: промежутки между орбитами планет приблизительно удваиваются при переходе от каждой из них к следующей, более удаленной от нашего дневного светила.

Планеты делятся на две группы, отличающиеся друг от друга по массе, химическому составу, скорости вращения и количеству спутников. Ближайшие к Солнцу планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс) называют планетами земной группы. Они сравнительно невелики по своим размерам, имеют примерно одинаковый химический состав и состоят преимущественно из тяжелых элементов. Так, например, средняя плотность вещества Земли составляет 5,52 единицы, где за единицу принимается плотность воды.

У второй группы планет – гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) значительную часть массы составляет водород и его соединения с углеродом или с азотом (соответственно метаном и аммиаком). От поверхности в глубь этих планет газообразное состояние постепенно переходит к жидкому конденсированному состоянию. Предполагается, что это происходит на глубине в несколько сот километров. Планета Плутон не включена в данном случае ни в одну из вышеуказанных групп в связи с отсутствием необходимой для этого информации.

Планеты Солнечной системы, относящиеся к земной группе, движутся по своим орбитам с запада на восток. Даже само Солнце медленно вращается вокруг своей оси с запада на восток. Больше того, все планеты, кроме Венеры и Урана, обращаются вокруг своей оси в том же направлении, в котором они движутся вокруг Солнца. Однако сама Венера вращается в обратном направлении, а ось вращения Урана располагается в плоскости его орбиты. Абсолютное большинство спутников планет обращаются по орбитам того же направления, в котором вращаются их планеты вокруг своих осей.

Примечательная для Солнечной системы особенность – согласованность движения космических тел – свидетельствует о том, что Солнце, планеты и их спутники имеют общее происхождение. Как предполагают сегодня астрономы, все эти небесные тела возникли из единого облака межзвездной материи.

Земля – одна из планет Солнечной системы

Наша планета вращается с запада на восток вокруг одного из своих диаметров – земной оси, которая пересекается с ее поверхностью в двух диаметрально противоположных точках – Северном и Южном полюсах. Поэтому наблюдателю с Земли кажется, что все время звезды ночью, а Солнце днем смещаются к западу. Один оборот вокруг оси Земля совершает за 23 часа 56 минут 4 секунды. Этот промежуток времени называется звездными сутками.

Угловая скорость вращения, то есть угол поворота за единицу времени, у всех точек на поверхности Земли одинакова – 15° в час, но линейная скорость различна: на экваторе она составляет 465 м/с, а при удалении от него уменьшается и на географических полюсах равна нулю.

Один оборот вокруг Солнца наша планета совершает за 365 дней 6 часов 9 минут 9 секунд, то есть в течение так называемого звездного года. Земная орбита близка по форме к окружности, но она слегка вытянута и представляет собой эллипс. Среднее расстояние Земли от Солнца равно 149,6 миллиона километров.

Ось вращения Земли не перпендикулярна к плоскости земной орбиты, а образует с ней угол в 66°30′. Движение Земли устойчиво из‑за быстрого вращения, а ее ось на протяжении многих десятилетий практически сохраняет свое направление в пространстве, медленно поворачиваясь всего лишь на 50" в год (прецессионное движение). Это обстоятельство соответствует полному обороту земной оси за 26 тысяч лет.

Благодаря обращению Земли вокруг Солнца, наклону земной оси, сохранению ею своего направления в пространстве и вращению вокруг своей оси на нашей планете происходит периодическое повторение времен года, существуют тепловые (климатические) пояса, а также происходит смена дня и ночи. И, наконец, отметим то, что Земля имеет всего лишь одного естественного спутника – Луну…

Непосредственные замеры на поверхности Земли, а также астрономические наблюдения и измерения из космоса позволили определить форму и размеры нашей планеты, ее массу, гравитационное и магнитное поля, величину теплового потока, идущего из недр, и ряд физических свойств земной поверхности.

Средний радиус Земли равен 6371 километру, а полярный – 6356,78 километра. Экваториальное расширение и полярное сжатие возникли из‑за вращения Земли вокруг своей оси и ее наклона. В целом же форма Земли очень близка к эллипсоиду вращения, который носит название «геоида».

Масса Земли составляет 5,976 х 10⁹ триллионов тонн. Объем Земли равен 1,083 х 10²⁷ кубических сантиметров. Зная объем и массу Земли, нетрудно определить и ее среднюю плотность. Как уже говорилось выше, она составляет 5,52 грамма на кубический сантиметр.

Многочисленными лабораторными исследованиями установлено, что плотность горных пород на земной поверхности оказывается равной 2,8 грамма на кубический сантиметр, а это означает тот факт, что в недрах нашей планеты должны находиться породы с плотностью, в несколько раз превышающей среднюю плотность Земли.

Ускорение свободного падения на поверхности Земли составляет в среднем на экваторе 978,049 см/с². В нем учтено центробежное ускорение, создаваемое вращением Земли и равное 3,392 см/с². На земных полюсах центробежное ускорение, как известно, отсутствует, и поэтому там ускорение свободного падения больше, чем на экваторе, всего на 1/189. В различных точках на поверхности Земли существуют отклонения от средней величины ускорения свободного падения. Это зоны (так называемых гравитационных аномалий), в которых величина отклонений земного ускорения может достигать значений до 200–300 см/с².

Земля, как и другие планеты, получает энергию от Солнца. Выделяемая Солнцем энергия за одну секунду составляет 10²⁶ Дж. Почти вся энергия, достигающая земной поверхности, приходит в виде электромагнитного излучения, обладающего широким спектром и включающего рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, видимый свет, тепловое излучение и радиоволны.

Озоновый слой, имеющийся в верхних слоях земной атмосферы, препятствует свободному проникновению к поверхности Земли опасных для живых организмов ультрафиолетовых и рентгеновских излучений Солнца.

Достаточно хорошо известно, что Земля обладает магнитным полем. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл). Земля представляет собой большой магнит, как и любой другой имеющий два полюса – Северный и Южный. Ее магнитное поле в результате сложных процессов, происходящих внутри, постоянно меняется, что приводит к миграции полюсов. Положения магнитных полюсов Земли не совпадают с географическими.

Так, например, северный конец стрелки компаса притягивается к полюсу, расположенному около Гренландии (73° северной широты и 100° западной долготы), а южный – к полюсу, находящемуся в австралийском секторе Антарктики (68° южной широты и 134° восточной долготы). Оба полюса непрерывно перемещаются (дрейфуют) по земной поверхности со скоростью от единиц до десятков километров в год.

Северный магнитный полюс, как оказалось, находится в зоне магнитной аномалии, и пока она существует, он будет перемещатьсяв в этой зоне. Дрейф Северного магнитного полюса происходит со средней скоростью 40 километров в год по траектории с севера Канады в российскую Сибирь, которая напоминает своеобразную петлю. Хотя в настоящее время Северный полюс движется в направлении России, но вполне вероятно, что через какое‑то время он вернется назад в Канаду. Никакими бедами смещение Северного и Южного полюсов человечеству не грозит.

В то же время очень важным моментом является то, что исследования магнитологов установили следующий немаловажный факт: магнитные полюса время от времени меняются своими месторасположениями. Другими словами, происходят переполюсовки, или инверсии, то есть в определенные промежутки времени Северный полюс становится Южным, а Южный – Северным. Продолжительность временных периодов относительно устойчивого положения знака магнитных полюсов оценивается специалистами в пределах от 700 тысяч до 1,5 миллионов лет.

Последствия такого события будут весьма серьезными. Прежде всего существенно повысится уровень солнечной радиации, так как геомагнитное поле, выполняющее защитную роль для Земли, временно ослабеет. Да и в технологическом отношении человечество будут ожидать серьезные проблемы, так или иначе связанные с геомагнитным полем. Кроме того, будут дезориентированы мигрирующие птицы и животные, ориентирующиеся по силовым линиям магнитного поля Земли.

Четкого мнения современных ученых по вопросу смены магнитных полюсов Земли, к большому сожалению, не имеется. Некоторые из них считают, что инверсия может произойти в самое ближайшее время, по мнению других – в обозримом будущем это событие маловероятно…

Величина индукции геомагнитного поля максимальная у магнитных полюсов (0,7 х 10—4 Тл у Южного полюса и 0,6 х 10– 4 Тл у Северного полюса) и значительно меньшая, минимальная, у экватора (0,42 х 10—4Тл). Магнитная стрелка компаса всегда указывает на магнитные полюса, и, чтобы установить точное положение Северного географического полюса, всегда необходимо вводить поправку на величину магнитного склонения.

Открытие инверсий полюсов имеет колоссальное значение как для понимания природы геомагнитного поля, так и для изучения геологической истории Земли. Оказалось, что изменение полярности запечатлено в горных породах всей нашей планеты, и по этим отпечаткам в настоящее время можно судить об одновременности или последовательности происходивших геологических событий…

Ученым давно стало известно, что из земных глубин постоянно исходит тепло. О существовании внутри Земли крупного источника тепла свидетельствуют извержения вулканов, когда на поверхность планеты изливаются многочисленные лавовые потоки с температурой более 1500 °C. Выполненные измерения показывают, что с глубиной температура увеличивается с вполне определенной интенсивностью: при «опускании» на каждый 1 километр глубины температура возрастает на 30 °C.

Геотермический поток, «истекающий» из земных недр дает близкие значения по интенсивности как для суши, так и для океанического дна, а именно: (1,2–1,6) х 10—6 Дж/(см²х с). Следует, правда, отметить, что минимальные значения геотермического потока тепла наблюдаются в центральных частях континентов, где находятся наиболее древние горные породы, а максимальные – в областях интенсивной вулканической деятельности и вдоль осевой части срединно – океанических хребтов, то есть протяженных горных систем, имеющихся на дне Мирового океана.

Исследования, осуществленные космическими аппаратами, свидетельствуют, что магнитное поле Земли простирается от нее на расстояние более 50 тысяч километров. Оно захватывает мириады элементарных электрически заряженных частиц, летящих к Земле из мирового космического пространства, и не пропускает их к поверхности Земли.

Задержанные магнитным полем, указанные выше частицы образуют вокруг Земли кольцеобразный радиационный пояс, начинающийся примерно в 450 километрах от поверхности Земли и простирающийся от нее там же, где оканчивается земное магнитное поле. Поскольку радиационный пояс Земли представляет для космических экипажей землян определенную опасность (появление у космонавтов лучевой болезни), орбиты пилотируемых космических кораблей стараются устанавливать такими, чтобы они обходили районы наибольшей концентрации в нем элементарных частиц.

Совокупность земных оболочек

Современная Земля состоит из нескольких неоднородных оболочек – атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы, под которой в глубоких недрах находится мантия и ядро. Атмосфера – внешняя газовая оболочка, ограниченная снизу твердой и жидкой поверхностью Земли. Земная атмосфера содержит 5,3х 10¹⁵ триллионов тонн воздуха, что составляет 1/1 ООО ООО часть массы всей планеты. Давление воздуха на уровне моря в среднем равно 1,01 Зх 10⁵Па, а плотность – 1,3х 10~³ г/см.

Атмосфера Земли состоит из азота (78,09 %), кислорода (20,94 %), аргона (0,93 %), углекислого газа (0,033 %), а также неона, гелия, метана, ксенона, криптона, водорода и других газов, процентное содержание которых незначительно. Помимо этого в воздухе имеются некоторые активные примеси, такие, например, как водяной пар, озон и различные аэрозоли (мельчайшие взвешенные частицы).

Геосферы "твердой" Земли: А – земная кора, Б – верхняя мантия, Д – внешнее ядро, Е – переходная зона, Ж – внутреннее ядро (субъядро)

Средняя температура воздуха у земной поверхности составляет +14,3 °C. По характеру распределения температуры в атмосфере различают несколько слоев:

а) нижний слой – ТРОПОСФЕРА, ограниченная в зависимости от широты высотами 8—17 километров. Воздух в этом слое нагревается от поверхности Земли, и поэтому с высотой он становится все холоднее (на каждый километр высоты температура в среднем понижается на 6–6,5 °C. Здесь сосредоточен почти весь водяной пар, образуются облака, формируются и развиваются мощные атмосферные вихри (циклоны и антициклоны);

б) СТРАТОСФЕРА, расположенная на высотах от 8—17 до 50–55 километров. Здесь находится озоновый экран, роль которого в поглощении ультрафиолетовой радиации, губительной для живых организмов, трудно переоценить. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высотах 18–24 километра. Особенностью стратосферы является то, что с увеличением высоты на один километр температура в ней повышается на 1–2°, поэтому на верхней границе этого слоя температура может оказаться не только нулевой, но даже и положительной;

в) МЕЗОСФЕРА располагается на высотах от 50–55 до 80 километров. В этом слое вновь происходит понижение температуры с увеличением высоты, что проводит к значениям минус 60 – минус 100 °C на его верхней границе;

г) в следующем слое – ТЕРМОСФЕРЕ, температура снова начинает увеличиваться таким образом, что на высоте 100 километров она переходит нулевую отметку, а на высоте около 800 километров достигает максимума в плюс 2000”С. Здесь происходит интенсивное поглощение ультрафиолетового излучения Солнца, нагрев и ионизация атмосферы. В мезосфере и нижней части термосферы образуются электрически заряженные ионы, в связи с чем слой, расположенный в интервале высот 60—400 километров, зачастую называют ИОНОСФЕРОЙ.

Перейдем к следующей оболочке Земли – ГИДРОСФЕРЕ. Ее масса равна 1,46х 10⁶ триллионам тонн, что в 275 раз больше массы атмосферы, но, в то же самое время составляет всего – навсего только 1/4000 часть от массы всей Земли. Воды Мирового океана «отхватывают» 94 % от общей массы гидросферы, 4 % приходится на подземные воды, почти 1,8 % – на ледники Антарктиды и Гренландии, менее 0,2 % – на горные ледники, поверхностные реки и озера.

Впрочем, могут ли «сухие» проценты выразить все величие Мирового океана с его безграничными просторами и бездонными глубинами. Приведем ниже только один довольно наглядный пример, чтобы оттенить грандиозность и громадность водного массива Земли.

Если все океанские воды условно представить в виде уходящей в небо гигантской колонны диаметром в один километр, то ее длина почти в двенадцать раз превысит расстояние от нашей планеты до Солнца. Понимая всю условность такой гипотетической колонны, мы все же рискнем предложить ее нашим читателям, чтобы показать поистине астрономические масштабы Мирового океана, скромно называемого нами «водной оболочкой Земли».

Мировой океан покрывает 70,8 % земной поверхности, а его средняя глубина составляет около четырех километров. Это ничтожно малая величина по сравнению с общей длиной земного радиуса, но она вполне достаточна, чтобы сделать дно Мирового океана почти недосягаемым для непосредственных исследований. Наибольшая глубина зафиксирована в тихоокеанской Марианской впадине – 11 023 метра. Ложе Мирового океана с глубиной более трех километров охватывает 77 % всей его площади.

Океаническая вода – это сложный раствор солей, заполняющий океанические впадины. Вода океанов и морей обладает массой 1,4 миллиарда тонн, объемом немногим более 1,3 миллиарда кубических километров, что составляет почти 5 % всего объема гидросферы.

В пределах земных океанов выделяются отдельные крупные поднятия, подводные горы и так называемые срединно – океанические хребты, в осевой части которых располагаются рифтовые долины, представляющие собой протяженные провалы с крутыми боковыми стенками. Указанные хребты, образуют непрерывную глобальную цепь длиной свыше 60 ООО километров. Они возвышаются на 3–4 километра и, естественно, нарушают глубинную циркуляцию океанических вод.

Еще одной специфической формой океанического дна являются глубоководные желоба, ширина которых не превышает нескольких десятков километров, а длина достигает сотен километров. Эти желоба располагаются в основном на периферии океанов и как бы отделяют от него островные дуги. Примерами в данном случае могут служить Курило – Камчатский и Алеутский глубоководные желоба.

Земные континенты окаймляются мелководной зоной с глубинами до 200 метров – это так называемые шельфы или материковые отмели, занимающие всего лишь 8 % площади Мирового океана.

Верхний слой каменной оболочки Земли или, по – другому, ЛИТОСФЕРЫ, отделенный от нижележащих слоев (мантии) так называемой «поверхностью Мароховича», именуется земной корой.

Различают два основных типа земной коры: континентальную, из которой состоят материки, и океаническую, образующую дно океанов. Первая гораздо старше: некоторые ее участки датируются в 3,8 миллиарда лет, тогда как у океанической коры возраст составляет немногим более 150 миллионов лет.

Средняя мощность континентальной коры равна 25–75 километрам, а океанической намного меньше.

Верхнюю часть континентальной коры слагают осадочные породы мощностью около трех километров и средней плотностью 2,5 г/см³. Ниже залегает гранитно – метаморфический слой средней мощностью около 17 километров. Плотность его составляет 2,6–2,8 г/см³. Еще ниже находится базальтовый слой со средней толщиной 15 километров и плотностью 3,3 г/см³.

Совершенно по – иному выглядит разрез океанической коры. Под слоем рыхлых осадков средней мощностью всего 0,7 километра находятся два слоя. Первый из них, мощностью около 1,7 километра, слагается преимущественно базальтами, а второй, мощностью около 5 километров, состоит из преобразованных путем гидратации (реакции с водой) горячих глубокозалегающих ультраосновных пород – серпентинитов.

И, наконец, на Земле нужно выделить еще одну оболочку, которая очень часто называется БИОСФЕРОЙ. Эта глобальная система, обладающая свойствами саморегулирования, имеет свой «вход» (поток солнечной энергии, поступающий из космоса) и «выход» (образования, возникающие в результате жизнедеятельности земных организмов).

Верхней границей биосферы служит озоновый слой атмосферы, в то время как ее нижняя граница довольно расплывчатая. Дело в том, что даже в Марианской впадине были обнаружены живые организмы. Оказывается, что не только бактерии, но и самые различные микроорганизмы по существующим трещинам и порам проникают в осадочный слой и толщу рыхлых пород дна Мирового океана вплоть до его базальтового слоя и соответственно до гранитно – метаморфического слоя на континентах. А в современной биосфере по подсчетам ученых существует около двух миллионов видов живых организмов, каждый из которых в свою очередь включает в себя миллионы и миллионы особей.

В этом плане можно согласиться с академиком В. И. Вернадским, который, изучая проблему роли органического мира в жизни нашей планеты, пришел к выводу, что живое вещество принимает самое активное участие во всех геологических процессах на поверхности Земли и в образовании ее атмосферы.