учебники / Короновский Н.В. «‎Общая геология‎» 3-ие издание

Выше фотосферы и хромосферы располагается солнечная корона мощностью 12–13 млн км и с Т ~1,5 млн °С, хорошо наблюдаемая во время полных солнечных затмений. Вещество, располагающееся внутри Солнца, под давлением внешних слоев сжимается, и чем глубже, тем сильнее. В этом же направлении увеличивается температура, и, когда она достигает 15 млн °С, происходит термоядерная реакция. В ядре сосредоточено более 50 % массы Солнца, хотя радиус ядра составляет всего 25 % радиуса Солнца. Энергия из ядра переносится к внешним сферам Солнца за счет лучистого и конвективного переноса.

Всоставе Солнца господствует Н, составляющий 73 % по массе,

иНе — 25 %. На остальные 2 % приходятся более тяжелые элементы, такие как Fe, O, C, Ne, N, Si, Mg и S и др., всего 67 химических элементов. Источник энергии Солнца — ядерный синтез, слияние четырех ядер Н-протонов в одно ядро Не с выделением огромного количества энер-

гии. Один грамм водорода, принимающий участие в термоядерной реакции, выделяет 6 1011 Дж энергии. Такого количества тепла хватит для нагревания 1000 м3 воды от 0 °С до точки кипения. В ходе ядерных пре-

вращений диаметр Солнца практически не меняется, т. к. тенденция к взрывному расширению уравновешивается гравитационным притяжением составных частей Солнца, стягивающим газы в сферическое тело. Солнце обладает сильным магнитным полем, полярность которого изменяется один раз в 11 лет. Эта периодичность совпадает с 22-летним циклом нарастания и убывания солнечной активности, когда формируются солнечные пятна с диаметром в среднем 66 тыс. км.

Солнечный ветер, исходящий во все стороны от Солнца, представляет собой поток плазмы — протонов и электронов с альфа-частицами и ионизированными атомами С, О и других, более тяжелых элементов (рис. 2 на цветной вклейке). Скорость солнечного ветра вблизи Земли достигает 400–500 и при больших вспышках даже 1000 км/с. Солнечный ветер оказывает воздействие на магнитосферу — внешнее магнитное поле Земли, которое вытягивается в сторону, противоположную Солнцу, на многие миллионы километров, а со стороны Солнца — сплющивается. Отдельные частицы солнечного ветра, проникая в магнитосферу, образуют полярные сияния в атмосфере (рис. 1.5).

Частицы солнечного ветра были исследованы на Луне американскими астронавтами, которые «ловили» их развернутой на шестах алюминиевой фольгой, т. к. на Луне нет ни атмосферы, ни магнитного поля и солнечный ветер достигает ее поверхности беспрепятственно. Солнечный ветер распространяется намного дальше орбиты Сатурна, образуя так называемую гелиосферу, контактирующую уже с межзвездным газом, на расстоянии 100 АЕ и более.

Рис. 1.5. Солнечный ветер

Выделение энергии Солнцем, как и Т, остается практически неизменным на протяжении 5 млрд лет, т. е. с момента образования Солнца. Атомного горючего — Н — на Солнце должно хватить, по расчетам, еще на 5 млрд лет. Когда запасы Н истощатся, гелиевое ядро будет сжиматься, а внешние слои расширяться, и Солнце сначала превратится в «красного гиганта», а затем — в «белого карлика».

Тепло и свет Солнца оказывают большое влияние на земные процессы: климат, гидрологический цикл, выветривание, эрозию, существование жизни.

Солнце излучает все типы электромагнитных волн, начиная с радиоволн длиной во много километров и кончая гамма-лучами (рис. 1.6). Электромагнитные волны поглощаются атмосферой тем сильнее, чем меньше их длина. В атмосферу Земли проникает очень мало заряженных частиц, т. к. магнитное поле бронирует ее, но даже малая часть заряженных частиц способна вызвать возмущения в магнитном поле или Северное сияние. Тонкий озоновый экран задерживает на высотах около 30 км все жесткое ультрафиолетовое излучение, тем самым давая возможность существования жизни.

Солнечной постоянной называется количество солнечной энергии, поступающей на 1 м2 поверхности Земли, расположенной перпендикулярно солнечным лучам. Эта величина составляет около 1370 Вт/м2. Существует примерное равновесие между поступлением солнечной энергии на Землю и ее рассеиванием с поверхности Земли. Это подтверждается постоянством температуры в земной атмосфере. Радиация, исходящая от Солнца, имеющая длины волн больше 24 мк, чрезвычайно мала. Остальной спектр —

Рис. 1.6. Электромагнитный спектр: 1 — гамма-лучи; 2 — рентгеновские лучи; 3 — ультрафиолетовые лучи; 4 — видимый свет; 5 — инфракрасные лучи; 6 — радиоволны. Скорость электромагнитных волн в вакууме — 299,793 км/с

от 0,17 до 4 мк подразделяют на 3 части. Ультрафиолетовая радиация (0,17– 0,35 мк), или химическая радиация, крайне вредна для всего живого. Ее доля в общем балансе не превышает 7 %. Световая радиация (0,35–0,75 мк) составляет уже 46 %. Инфракрасная радиация, невидимая для глаз (0,76–4 мк) в общем балансе составляет 47 % (рис. 1.7).

Активные явления на Солнце вызывают на Земле магнитные бури, меняют прохождение радиоволн, влияют на климат и т. д. Подробнее об изменениях солнечной радиации в связи с геологическими процессами будет рассказано в соответствующих главах.

1.2.2. Строение Солнечной системы

Вокруг Солнца вращаются девять планет. Меркурий, Венера, Земля и Марс, ближайшие к Солнцу планеты, относятся к внутренним, или планетам земной группы. Далее, за поясом астероидов, располагаются планеты внешней группы — гиганты Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и маленький Плутон, открытый лишь в 1930 г. Расстояние от Солнца до Плутона равняется 40 астрономическим единицам (1 АЕ = 150 млн км, расстоянию от Земли до Солнца). За Плутоном находится «щель» — кольцо с радиусом 2 103 АЕ, где практически нет вещества (рис. 1.8). Далее, в интервале 2 103 — 2 104 АЕ, располагается кольцо с огромным количеством материи в виде ядер комет с массой равной 104 масс Солнца и угловым моментом, в 100 раз превышающим современный угловой момент всей Солнечной системы. Это так называемое внутреннее облако Оорта. Еще дальше, в интервале 2 104 — 5 104 АЕ,

располагается собственно облако Оорта, состоящее также из ядер комет с общей массой ~100 масс Солнца и угловым моментом в 10 раз выше, чем у планетной системы. По существу, радиус в 5 104 АЕ и определяет современную границу Солнечной системы в широком смысле этого понятия.

Знание о строении планет, особенно земной группы, представляет большой интерес для геологов, т. к. внутренняя структура этих планет довольно близка к нашей планете (табл. 1).

1.2.3. Внутренние планеты

Меркурий — одна из самых маленьких безатмосферных планет с D ~ 0,38 по отношению к земному, плотностью 5,42 г/см 3, что лишь на 0,1 г/см3 уступает Земле, с Т до +450 °С днем на солнечной стороне и до –170 °С ночью. Поверхность Меркурия покрыта многочисленными ударными кратерами диаметром до 1300 км. Застывший мир поверхности Меркурия напоминает лунный.

Меркурий в отличие от остальных планет движется по сильно вытянутой орбите, то приближаясь к Солнцу на расстояние 46 млн км, то удаляясь от него на 70 млн км. К Меркурию от Солнца приходит в 11 раз больше тепла, чем к Земле. Меркурий обладает очень слабым магнитным полем, около 1 % земного. Это важно, т. к. из всех планет земной группы только Меркурий и Земля имеют глобальную магнитосферу.

Венера по своим размерам и массе очень близка к Земле, но вращается она в другую сторону по сравнению с остальными планетами. Венера окутана очень плотной атмосферой, состоящей из углекислого газа, а в верхних слоях на высоте 50–70 км — из серной кислоты. На этих высотах дует постоянный ветер с востока на запад со скоростью до 140 м/с, уменьшающийся до 1 м/с у поверхности. Давление в атмосфере на поверхности очень велико — 96 кг/см2 (на Земле 1 кг/см2) и Т приблизительно +500 °С. Такие условия неблагоприятны для существования воды. Наличие плотной атмосферы выравнивает температурные различия дня и ночи. На Венере нет магнитного поля, и это говорит о том, что ядро Венеры отличается от земного ядра. Примерно 15 % поверхности Венеры занимают тессеры, относительно древние породы. На них накладываются более молодые базальтовые равнины и еще более молодые, чем равнины, громадные базальтовые вулканы.

Система Земля — Луна будет рассмотрена ниже.

Марс. Эта четвертая по счету от Солнца планета намного меньше Земли, ее радиус составляет 0,53 земного. Сутки длятся на Марсе 24 ч 37 мин., а плоскость его экватора наклонена по отношению к орбите так же, как на Земле, что обеспечивает смену климатических сезонов.

1 Значения углов больше 90° указывают на обратное вращение, например 177,3° для Венеры показывает, что экваториальная плоскость наклонена к плоскости орбиты Венеры на 2,7° (180–177,3 = 2,7), но Венера вращается в обратную сторону.

2 Цифры в скобках – это показатель степени множителя 10, например 3,3 (26) — это 3,3 × 1026.

Масса Юпитера в 317 раз больше, чем масса Земли, но он обладает малой средней плотностью — 1,33 г/см3. Его масса в 80 раз меньше той необходимой массы, при которой небесное тело может стать звездой, хотя он забрал себе 2/3 планетной массы всей Солнечной системы. Внешний вид планеты, хорошо изученной космическими аппаратами «Вояджер», определяется полосчатой системой разновысотных и различно окрашенных облаков, имеющей мощность 50 км. Они образованы конвективными потоками, которые выносят тепло во внешние зоны. Светлые облака располагаются выше других, состоят из белых кристаллов аммиака и находятся над восходящими конвективными струями. Более низкие красно-коричневые облака состоят из кристаллов гидросульфида аммония, имеют более высокую температуру и располагаются над нисходящими конвективными струями.

На Юпитере устойчивые ветры дуют в одном направлении и достигают скорости 150 м/с. В пограничных зонах облачных поясов возникают турбулентные завихрения, как, например, Большое Красное Пятно (БКПЮ) с длинной осью 20 — 25 тыс. км, обнаруженное 150 лет назад. Полное вращение облаков в пятне против часовой стрелки осуществляется за семь дней, и его внутренняя структура все время изменяется, сохраняя лишь общую конфигурацию. Сам вихрь непрерывно дрейфует как целое

взападном направлении со скоростью 3–4 м/с и совершает полный оборот за 10–15 лет. Сейчас усиленно разрабатывается идея о том, что вихрь БКПЮ представляет собой физическое явление, называемое солитоном — уединенной волной, — нерасплывающийся нелинейный волновой пакет.

Атмосфера Юпитера достигает 1000 км, под ней могут находиться оболочки из жидкого молекулярного водорода, а еще ниже — металлического водорода. В центре планеты располагается силикатное (каменное?) ядро небольших размеров. Магнитное поле Юпитера превышает в 10 раз по напряженности магнитное поле Земли, а кроме того, Юпитер окружен мощными радиационными поясами. Возможно, магнитное поле обусловлено быстрым вращением планеты (9 ч 55 мин.). Магнитосфера Юпитера простирается более чем на 650 млн км от него

всторону, противоположную Солнцу.

УЮпитера существуют по крайней мере три кольца и 16 спутников, из которых четыре крупных, так называемых галилеевых, открытых еще

в1610 г. Галилео Галилеем, — Ио, Европа, Ганимед, Каллисто. Ближайший спутник к Юпитеру — это Ио, по размерам (диаметр 3700 км), массе и плотности похожий на Луну. Особенностью Ио являются извержения многочисленных чрезвычайно активных вулканов, изливающих и выбрасывающих вверх на 200 км яркие — красные, желтые, оранжевые — потоки серы и белые потоки серного ангидрида. Зафиксированы извержения