Земля и ее внутренний и исторический космосы.
Нутро Земли и ее прошлое изучены в гораздо меньшей степени, чем окружающий ее космос. И преимущественно не прямыми, а косвенными методами. Поэтому краткий очерк о внутреннем строении и истории Земли в настоящей серии вполне уместен.
1. История возникновения Земли и зарождения жизни на ней.
Считается, что Земля образовалась 4,54±0,04 млрд лет назад, а Луна чуть позже в результате столкновения протоЗемли с объектом размером и массой порядка марсианских. Это утверждение - хорошо обоснованная гипотеза, но не доказанный факт. Светимость Солнца в те времена не превышала 60-70% от нынешней и на Земле при нынешней атмосфере было бы слишком холодно для зарождения жизни, если бы не одно НО - состав атмосферы был совсем другой. Она, как и ныне у Венеры и Марса, состояла в начале времен в основном из углекислого газа с малой примесью азота. А эволюцию ее состава со временем в первом приближении можно представить таким графиком:
Понятно, что при мощнейшем парниковом эффекте, обусловленном в основном углекислой атмосферой, жизнь на Земле примерно 4 с небольшим миллиарда лет назад зародиться смогла. И стала перерабатывать углекислый газ и воду в органику и кислород.
Но кислород в атмосфере первые примерно 2 млрд. лет практически не появлялся. Ибо непрерывно изымался из атмосферы на окисление горных пород и продуктов вулканической деятельности. Из-за чего более все это время жизнь на Земле развивалась только в анаэробной форме. То есть, обходилась без вырабатываемого ею кислорода.
2. Внутреннее строение Земли.
Нутро Земли обычно делят на 4 зоны (от центра): внутреннее твердое ядро (ТЯ) радиусом ~ 1200 км, внешнее жидкое ядро (ЖЯ) толщиной ~ 2300 км, мантию (М), простирающуюся вплоть до коры, и кору средней толщиной ~ 30 км. Химсостав всего нутра Земли такой: железо ~ 32%, кислород ~ 30%, кремний ~ 15%, магний ~ 14%, сера ~ 3%, остальных элементов менее, чем по 2%.
В то же время почти все железо (около 90%) находится в ядре Земли. А в ее коре преобладает окислы всего и вся - их почти 99%. В том числе, окиси кремния ~ 60%, в то время как окислов железа в коре ~ 6%. Но зато оксида алюминия ~ 15%.
Эти цифры подтверждают два факта. Во-первых, то, что вырабатываемый жизнью кислород долгое время практически полностью шел на окисление горных пород. И лишь после полноценого выполнения этой функции стал накапливаться в атмосфере. Во-вторых, факт гравитационной дифференциации Земли, в которой более плотные породы тонули в ядро, а менее плотные всплывали в кору и верхнюю часть мантии (этот процесс физическаи тождественен образованию "кровавой Мэри").
В центре Земли (ТЯ) температура достигает 6000°С, а давление - 3,5 млн. атмосфер. В этих условиях основные составляющие ТЯ железо с малой примесью никеля оказываются твердыми и средняя плотность ТЯ достигает примерно 13г/см³. что почти в полтора раза превышает их среднюю плотность в нормальных условиях. Средняя же плотность коры - порядка 3г/см³.
3. Источники энергии Земли.
Энергию атмосфера Земли, ее почва и моря и океаны получает в основном от Солнца. Но внутренностей Земли эта энергия не достигает. У недр Земли есть другие источники энергии. В первую очередь это распад долгоживущих изотопов урана-238 (период полураспада 4,5 млрд. лет) и тория-232 (период полураспада 14 млрд. лет). Ловлей нейтрино от этих распадов установлено, что совокупная их мощность около 40 тераватт, что почти в 20 раз больше мощности всех электростанций Земли. Во вторую очередь это энергия перехода потенциальной энергии тонущего в недра Земли вещества в его тепловую энергию. Измерить ее трудно, но имеющиеся оценки ее величины говорят, что эта энергия сопоставима с энергией распада ядер урана и тория. В третью очередь это энергия приливных деформаций Земли со стороны Луны. Специалисты оценивают ее как заметно меньшую, чем от двух предыдущих источников.
По совокупности же мощность этих источников составляет менее 0,1% поступащей от Солнца. Но, как показывает опыт, ее достаточно для поддержания нынешнего состояния недр Земли и генерации ее магнитного поля.
4. Близкое прошлое и ближайшее будущее.
Близкого к современному состав атмосферы Земли достиг примерно полмиллиарда лет назад. И примерно в это же время начался массированный выход жизни на сушу. За эти полмиллиарда лет светимость Солнца возросла примерно на 5%. Равномерно. И настолько же возрастет в ближайшие полмиллиарда лет. Тоже равномерно. Но климат Земли определяется не только этим фактором, а еще и энергетикой процессов в недрах Земли. О чем свидетельствует этот график средней температуры Земли:
А также график массовых вымираний в истории Земли:
В последнем графике особо интересны моменты 3 и 5. Виновником первого из них считается извержение сибирских вулканических траппов, второго - почти одновременное падение Чиксулубского астероида и извержение деканских вулканических траппов в Индии. Эпохи этих массовых вымираний на последнем графике вполне согласуются с эпохами резкого роста средней температуры Земли на 10 и более градусов Цельсия на предпоследнем графике.
В целом же следует ожидать, что похожая, пусть и отдаленно, на нынешние формы жизнь на Земле еще сможет существовать как минимум полмиллиарда лет. Если человек уже в ближайшую тысячу лет все не испортит...
1. История возникновения Земли и зарождения жизни на ней.
Считается, что Земля образовалась 4,54±0,04 млрд лет назад, а Луна чуть позже в результате столкновения протоЗемли с объектом размером и массой порядка марсианских. Это утверждение - хорошо обоснованная гипотеза, но не доказанный факт. Светимость Солнца в те времена не превышала 60-70% от нынешней и на Земле при нынешней атмосфере было бы слишком холодно для зарождения жизни, если бы не одно НО - состав атмосферы был совсем другой. Она, как и ныне у Венеры и Марса, состояла в начале времен в основном из углекислого газа с малой примесью азота. А эволюцию ее состава со временем в первом приближении можно представить таким графиком:
Понятно, что при мощнейшем парниковом эффекте, обусловленном в основном углекислой атмосферой, жизнь на Земле примерно 4 с небольшим миллиарда лет назад зародиться смогла. И стала перерабатывать углекислый газ и воду в органику и кислород.
Но кислород в атмосфере первые примерно 2 млрд. лет практически не появлялся. Ибо непрерывно изымался из атмосферы на окисление горных пород и продуктов вулканической деятельности. Из-за чего более все это время жизнь на Земле развивалась только в анаэробной форме. То есть, обходилась без вырабатываемого ею кислорода.
2. Внутреннее строение Земли.
Нутро Земли обычно делят на 4 зоны (от центра): внутреннее твердое ядро (ТЯ) радиусом ~ 1200 км, внешнее жидкое ядро (ЖЯ) толщиной ~ 2300 км, мантию (М), простирающуюся вплоть до коры, и кору средней толщиной ~ 30 км. Химсостав всего нутра Земли такой: железо ~ 32%, кислород ~ 30%, кремний ~ 15%, магний ~ 14%, сера ~ 3%, остальных элементов менее, чем по 2%.
В то же время почти все железо (около 90%) находится в ядре Земли. А в ее коре преобладает окислы всего и вся - их почти 99%. В том числе, окиси кремния ~ 60%, в то время как окислов железа в коре ~ 6%. Но зато оксида алюминия ~ 15%.
Эти цифры подтверждают два факта. Во-первых, то, что вырабатываемый жизнью кислород долгое время практически полностью шел на окисление горных пород. И лишь после полноценого выполнения этой функции стал накапливаться в атмосфере. Во-вторых, факт гравитационной дифференциации Земли, в которой более плотные породы тонули в ядро, а менее плотные всплывали в кору и верхнюю часть мантии (этот процесс физическаи тождественен образованию "кровавой Мэри").
В центре Земли (ТЯ) температура достигает 6000°С, а давление - 3,5 млн. атмосфер. В этих условиях основные составляющие ТЯ железо с малой примесью никеля оказываются твердыми и средняя плотность ТЯ достигает примерно 13г/см³. что почти в полтора раза превышает их среднюю плотность в нормальных условиях. Средняя же плотность коры - порядка 3г/см³.
3. Источники энергии Земли.
Энергию атмосфера Земли, ее почва и моря и океаны получает в основном от Солнца. Но внутренностей Земли эта энергия не достигает. У недр Земли есть другие источники энергии. В первую очередь это распад долгоживущих изотопов урана-238 (период полураспада 4,5 млрд. лет) и тория-232 (период полураспада 14 млрд. лет). Ловлей нейтрино от этих распадов установлено, что совокупная их мощность около 40 тераватт, что почти в 20 раз больше мощности всех электростанций Земли. Во вторую очередь это энергия перехода потенциальной энергии тонущего в недра Земли вещества в его тепловую энергию. Измерить ее трудно, но имеющиеся оценки ее величины говорят, что эта энергия сопоставима с энергией распада ядер урана и тория. В третью очередь это энергия приливных деформаций Земли со стороны Луны. Специалисты оценивают ее как заметно меньшую, чем от двух предыдущих источников.
По совокупности же мощность этих источников составляет менее 0,1% поступащей от Солнца. Но, как показывает опыт, ее достаточно для поддержания нынешнего состояния недр Земли и генерации ее магнитного поля.
4. Близкое прошлое и ближайшее будущее.
Близкого к современному состав атмосферы Земли достиг примерно полмиллиарда лет назад. И примерно в это же время начался массированный выход жизни на сушу. За эти полмиллиарда лет светимость Солнца возросла примерно на 5%. Равномерно. И настолько же возрастет в ближайшие полмиллиарда лет. Тоже равномерно. Но климат Земли определяется не только этим фактором, а еще и энергетикой процессов в недрах Земли. О чем свидетельствует этот график средней температуры Земли:
А также график массовых вымираний в истории Земли:
В последнем графике особо интересны моменты 3 и 5. Виновником первого из них считается извержение сибирских вулканических траппов, второго - почти одновременное падение Чиксулубского астероида и извержение деканских вулканических траппов в Индии. Эпохи этих массовых вымираний на последнем графике вполне согласуются с эпохами резкого роста средней температуры Земли на 10 и более градусов Цельсия на предпоследнем графике.
В целом же следует ожидать, что похожая, пусть и отдаленно, на нынешние формы жизнь на Земле еще сможет существовать как минимум полмиллиарда лет. Если человек уже в ближайшую тысячу лет все не испортит...