Н.М.Адров

ИЗБРАННЫЕ

ТРУДЫ

IV

(краткое содержание)

Адров, Н. М. Геономия: наука о Земле: учебник. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2012. 285 с.

Учебник предназначается для студентов высших учебных заведений и будет полезным всем желающим ознакомиться с путями развития науки в целях познания законов природы и сотрудничества с ней. Наука о Земле объединяет усилия учёных не только в разгадке природных тайн, но и разработке способов охраны нашей планеты от пагубных антропогенных воздействий, в том числе и идеологических.

Структура изложения предмета рассчитана на возможность индивидуального выбора своей темы, по которой обучающийся может выполнить самостоятельную научную работу по правилам, изложенным в самом начале книги.

Учебник написан на основе университетских лекций и материалов 245 литературных источников, он содержит 240 иллюстраций, предметный указатель из 1843 единиц, именной указатель (770) и список географических и астрономических названий (355).

О Г Л А В Л Е Н И Е

Глава 1. От астрологии к небесной механике………………………2

Глава 2. Происхождение Земли и Вселенной………………………3

Глава 3. Геологическая история и историческая геология…………5

Глава 4. Географическая оболочка…………………………………...7

Глава 5. Становление науки о Земле…………………………………9

Глава 6. Механизм взаимодействия геосфер….……………………11

Глава 7. Литосфера…………………………………………………...14

Глава 8. Атмосфера…………………………………………………...17

Глава 9. Океаносфера…………………………………………………20

Глава 10. Гидросфера…………………………………………………23

Глава 11. Криосфера…………………………………………………..26

Глава 12. Биосфера……………………………………………………28

Глава 13. Ноосфера……………………………………………………31

Глава 14. Аэрокосмические методы изучения Земли……………....33

Глава 15. Проблемы рационального освоения геосфер……………36

Глава 1. ОТ АСТРОЛОГИИ К НЕБЕСНОЙ МЕХАНИКЕ.

Величайший учёный древности Аристотель считал, что все небесные светила обращаются вокруг Земли с одинаковой угловой скоростью, совершая по одному обороту в сутки. Ещё он был убеждён в конечности мира. Через восемнадцать веков Коперник исправил ошибочную геоцентрическую схему на правильную гелиоцентрическую, но продолжал считать Вселенную ограниченной. Вошедший в хрестоматию противостояния истинной науки и официальной религии итальянский мыслитель и поэт Джордано Бруно в своих знаменитых "Диалогах" отверг ограниченность мира из философских соображений. Даже великий астроном Кеплер не мог себе позволить подобных суждений, ограничивая Вселенную прозрачной, но твёрдой звёздной сферой.

Коперниковская революция взглядов, основными оппонентами которых значились всемирные основатели древней науки, имела свою предысторию, негативная часть которой знакома нам со школьной скамьи. Хотелось бы отметить иную, позитивную сторону вышедшего из употребления геоцентрического учения, тем более что гелиоцентрическая система не только противоречила "подчинённому" движению Солнца в модели древних учёных, но и не устраивала "прогнозистов", поскольку Коперник полагал, что орбиты планет солнечной системы круговые, а не эллиптические, и его вычисления были менее точны, чем у Птолемея, то есть модель Коперника имела небольшой формалистический изъян, впоследствии восполненный Кеплером, согласно первому закону которого, все планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам.

Солнечная система, исходя из законов Кеплера, существует по правилам механики вращающихся тел с центром, находящимся в солнечной массе. На основе научных догадок, фундамент которых составляли геометрические правила, Исаак Ньютон вывел самый великий закон физики - закон всемирного тяготения, который стал основой небесной механики и рождённой ей астрономии. Приставку "логос" - учение теперь заменил "номос" - закон, в будущем ставший главным количественным критерием всех естественнонаучных дисциплин. Не без помощи знаменитых законов Кеплера Ньютон дал математическое определение центра притяжения как точки, в которой сосредоточено суммарное действие сил движущихся планет, находящейся в общем фокусе эллиптических орбит, начертанных великим немецким астрономом и, можно сказать, главным последователем Коперника.

Особо добавим, что до Ньютона основополагающие физические параметры силы, массы и ускорения считались не связанными между собой. Именно ньютоновский закон провозгласил ускорение, а не скорость, как меру пропорционального воздействия единичной силы на единицу массы, то есть сделал массу критерием инерции физического тела. Самым выдающимся примером применения научной теории к проблемам наук о Земле была модель нашей планеты, деформируемой её спутником Луной. Статическая теория, разработанная Ньютоном, исходила из так необходимых для каждой научной теории простых допущений: а) сплошного и одинакового по глубине океана и б) состояния равновесия уровенной поверхности под действием приливных сил и силы тяжести.

Равнодействующая центробежной силы и силы земного притяжения, представляющая собой силу тяжести, определяет эллипсоид вращения Земли (геоид) и не оказывает никакого влияния на приливы, так как не меняется во времени. Другое дело - воздействие Луны и Солнца. При обращении вокруг общего центра тяжести на Земле и на Луне будут действовать центробежные силы, которые в каждой точке Земли одинаковы по величине и параллельны друг другу по направлению. Сложив векторы центробежных сил и силы притяжения светил, получим два повышения уровня океана в точках зенита и надира. Приливообразующие силы в них отличаются на 1/43 долю в связи с тем, что точка надира находится на 1 радиус Земли дальше от центра Луны. Если подставить в формулы приливообразующих сил Луны и Солнца все численные выражения и разделить их друг на друга, то получится, что первая в 2,17 раз больше второй, несмотря на то, что масса Солнца в 27 млн раз больше массы Луны. Зато расстояние до Солнца почти в 400 раз больше, чем до Луны, и это обстоятельство оказалось более важным в количественной оценке влияния на уровень океана главных для Земли планет - Луны и Солнца.

Следует добавить, что по абсолютной величине приливообразующие силы очень малы и составляют 1/9 000 000 силы тяжести. Поэтому, хорошо ощущая силу тяжести, мы не можем почувствовать действие приливных сил и других явлений, связанных со сходными, но не космическими силами, например, цунами и торнадо.

Статическая теория приливов впервые раскрыла физическую суть деформации Земли и дала верную оценку высоты приливов и отливов в открытом океане. Кроме того, она сразу объяснила основные неравенства приливов: суточное (разные высоты прилива на одной и той же географической широте), фазовое (из-за меняющегося относительно друг друга положения Луны и Солнца), параллактическое (изменение расстояния от Земли до светила). Приливо-отливные явления на самом деле представляют собой не только подъём и опускание уровня океана под действием сил притяжения планет, но и содержат сложный комплекс волновых движений поверхности океана, который стал предметом исследования последующей, динамической теории приливов.

Глава 2. Происхождение земли и вселенной.

Первые научные гипотезы об образовании Земли разделились на два варианта: горячего и холодного первичного её состояния. Объединённые вместе, они дали начало известной геотектонической контракционной гипотезе внутреннего (эндогенного) и внешнего (экзогенного) противоборства, деформирующего каменную субстанцию жизни – литосферу. После образования Земли, с точки зрения холодного варианта, её недра нагревались за счёт термоядерных реакций. Неравномерное в поле силы тяжести распределение плотности земных пород способствовало перемещению масс литосферы, называемому гравитационной дифференциацией вещества.

Количественные оценки периодов времени эволюции нашей планеты трудно вообразить, но если принять время образования галактики за условные 100 лет, то Солнце образовалось 25, а Земля - ровно 20 лет назад, динозавры появились лишь в последнем году вышеупомянутого 20-летия, первый человек - менее 2 суток назад, а продолжительность нашей эры оказывается равной 5 минутам. Даже самая продолжительная жизнь человека на этом галактическом 100-летнем фоне не будет превышать 0,1 секунды, а вся история цивилизации уложится в 1 час.

В настоящее время всем известна специфическая форма поверхности нашей планеты. Наблюдения продольных и поперечных волн, возникающих при землетрясениях, легли в основу современных представлений о внутреннем строении Земли. Как полагают современные специалисты, ядро Земли радиусом 3470 км состоит из вещества, обладающего повышенной плотностью, электропроводностью, пониженной скоростью продольных волн, поглощением поперечных сейсмических колебаний. Мантия расположена между земной корой (граница - поверхность Мохо) и ядром Земли (глубина 2900 км). Характерные глубины верхней мантии 900 км, нижней - 2000; в целом, объём мантии составляет 82%. Вещество мантии находится в твёрдом кристаллическом состоянии, за исключением астеносферы, которая представляет собой слой вязких пород верхней мантии Земли.

Установление оболочечного строения нашей планеты обязано развитию сейсмологии, данные которой способствовали открытию законов изменения плотности, давления и ускорения силы тяжести внутри планеты и позволили вплотную подойти к проблеме состава и природы твёрдых, жидких и газообразных оболочек Земли.

Считается, что газовая оболочка Земли формировалась главным образом при дегазации астеносферы. Ведь сразу после своего образования Земля не была окружена мощным слоем газов, потому что они не удерживались тогда нашей планетой, которая не набрала ещё настолько достаточной массы, чтобы легчайшие молекулы не покидали её сравнительно слабое гравитационное поле. При увеличении размеров земного шара и разогревании недр, когда газовые компоненты земных пород выходили на поверхность и образовывали атмосферу, которая стала вторичной и более прочной её газовой оболочкой, состоящей в основном из углеводородных газов, аммиака, углекислоты и свободного водорода, все запасы живительного кислорода шли на окисление химических веществ, а водяной пар - рабочее вещество главной тепловой машины Земли, превращающей солнечные лучи в движение живой и косной материи географической оболочки, - конденсировался в облака.

Водяной пар и метан образовывались при взаимодействии водорода с углекислотой. Постепенно атмосфера стала средой формирования сложных углеродных соединений и жизненным пространством, благоприятным для обитания микроорганизмов. Около 400 млн лет назад, когда содержание кислорода в атмосфере соответствовало 10 % современного уровня, образовался озоновый экран, после чего в течение нескольких десятков миллионов лет благодаря бурному фотосинтезу зелёной массы лесов содержание трёхатомного кислорода достигло современных величин.

Процесс фотолитического образования атмосферного кислорода положил начало геологической эволюции: по мере очищения от глубинных газов, появления углекислоты и двуокиси азота вторичной атмосферы, создавались условия для фотосинтезирующих растений типа сине-зелёных водорослей – цианобактерий, самых древних (3,5 млрд лет) одноклеточных организмов, ныне широко распространённых в почве, на влажных поверхностях скал и деревьях. Теперь процесс насыщения атмосферы кислородом значительно ускорился: образование кислорода стало происходить благодаря ассимиляции углекислоты зелёными растениями. Аналогичным образом, почвенные бактерии стали производить азот из его двуокиси. Неустойчивая вторичная атмосфера, таким образом, перешла в третичную форму.

Эволюция водных растворов сыграла свою решающую роль в формировании географической оболочки как области взаимодействия эндогенных внутриземных и экзогенных гидрометеорологических процессов, которые осуществлялись при активном участии органического вещества, производимого живыми организмами.

По результатам геологических и космогонических исследований, направленных на выявление связей между скоростью вращения планет, их деформациями и состоянием вещества геосфер, установлено, что первоначальная скорость вращения протопланет была больше современной, а их гравитационное взаимодействие - заметно сильнее, вследствие более близкого расположения их орбит. В этих же условиях происходил быстрый разогрев планет, формировалась кора Луны и образовались термореакционные зоны внутри Земли. Приливные деформации и перемещения частиц протовещества планет тоже способствовали выделению тепловой энергии и разогреву планет.

Помимо очевидных взаимоотношений между нашей планетой и её естественным спутником, прослеживается связь между фазами Луны и извержениями земных вулканов. Она объясняется подъёмом магмы к поверхности Земли, вызванном приливной деформацией. Не исключено, что часть энергии приливных волн идёт на превращение в магму твёрдых пород земной коры.