Розовое пособие. Полное. На сайте

101

·В середине ХХ века на основании новых сейсмических данных оказалось возможным разделить ядро на внутреннее и внешнее, а мантию на - нижнюю и верхнюю. Эта модель, получившая широкое распространение, используется и в настоящее время.

·Сравнительно недавно появилась новая модель внутреннего строения Земли, в которой изменения коснулись только мантии. Область мантии разделена на 6 глубинных геосфер: верхняя мантия, зона раздела, средняя мантия, зона раздела, нижняя мантия, слой, непосредственно соприкасающийся с ядром

-D’’ . Таковы основы представлений о внутреннем строении Земли, сложившиеся к настоящему времени.

ЯдроЗемли

Ядро занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра составляет около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км. Ядро состоит из двух частей – большого внешнего и малого внутреннего ядер.

Внутреннее ядро имеет радиус 1225 км, твердое и обладает большой плотностью – 12,5 г¤см3. Полагают, что внутреннее ядро состоит из железа (80%) и никеля (20 %). Соответствующий сплав при существующем давлении внутри земных недр имеет температуру плавления порядка 4500° С.

Внешнее ядро жидкое, его плотность 10 г¤см3; состоит из железа (52 %), смеси железа с серой (48 %) и небольшой примеси никеля.

Между внутренним и внешним ядром нет четкой границы. Их разделяет переходная зона.

Предполагается, что магнитное поле Земли создается в результате взаимодействия жидкого и твердого ядер Земли при ее вращении.

Мантия

Мантию образуют различные силикаты. В составе мантии преобладает сравнительно небольшая группа химических элементов: Si, Mg, Fe, Al, Ca, и O. В мантии плотность снижается до 5,5 г¤см3.

Верхняя мантия непосредственно связана с корой. В верхней мантии образуются слагающие кору породы или их полуфабрикаты.

Кора вместе с частью подстилающей мантии образует особый слой толщиной порядка 200 - 250 км, называемый литосферой. Нижняя граница литосферы фактически является неопределенной.

102

Более глубокий слой верхней мантии называется астеносферой. Астеносфера прерывиста: в некоторых областях астеносфера отсутствует, а в некоторых областях астеносфера расположена в несколько слоев по вертикали. Под континентами астеносферный слой лежит от 100 до многих сотен км. Под океанскими абиссальными впадинами астеносферный слой лежит на глубинах 7080 км и менее.

Слой мантии, непосредственно соприкасающийся с ядром, принимает высокие температуры ядра и местами порождает огромные, направленные к поверхности Земли сквозьмантийные тепломассопотоки, называемые плюмами. Они могут проявляться на планете в виде крупных вулканических областей.

Гипотезы развития Земли

Исторически возникло несколько гипотез, объясняющих развитие Земли. Катастрофизм

Система взглядов, по которым развитие Земли представляет ряд катастроф, к которым относятся: извержения вулканов, землетрясения, падения метеоритов, наводнения. К началу ХIХ в. катастрофизм нашел отражение в трудах многих ученых, в частности в работах Ж. Кювье, который отвергая эволюционное развитие, считал, что все изменения строения Земли, растительного и животного мира обусловлены периодическими глобальными катастрофами. Серьезный удар по этому учению нанес Ч. Лайель, который на многих примерах обосновал эволюционное развитие Земли.

Нептунизм Учение, по которому все на Земле образовалось из воды. Это учение су-

ществовало еще в Древней Греции, начиная с Фалеса (VI в. до н.э.). В XVIII– XIX вв. активным сторонником этой гипотезы становится А.Г. Вернер (нем. уч.). После смерти Вернера идеи нептунизма были забыты.

Плутонизм Направление во взглядах на развитие Земли исключительно связанное с

ее недрами. Немалую роль в укреплении позиций плутонизма сыграли землетрясения, когда кажется, что нет предела подземным силам. Многие ученые Древней Греции. Средневековья, да и подавляющее большинство современных геологов стоит на позициях плутонизма. В России авторитетным плутонистом был М.В. Ломоносов.

103

Гипотеза геосинклинального развития (фиксизм)

Эта гипотеза основана на работах Дж. Лэна о геосинклиналиях и Г.Э. Ога о платформах. По этой гипотезе главными в развитии твердой внешней оболочки Земли являются вертикальные движения: участки земной коры двигаются в основном вверх и вниз, не перемещаясь по горизонтали. Земля как бы «дышит». Сторонников этой гипотезы называют фиксистами, а само учение – фиксизмом.

Гипотеза мобилизма В начале ХХ в. А. Вегенер, опираясь на открытие в Альпах колоссальных

перемещений вещества Земли и сходство границ различных материков, пришел к выводу, что главными в развитии земной коры были горизонтальные силы, которые и растащили материки, составляющие единое целое в разные стороны. Первоначально эту гипотезу назвали гипотезой дрейфа материков; сейчас она несколько видоизменилась и, получив новые подтверждения, стала называться гипотезой тектоники плит, ее приверженцы – мобилистами, а само учение о горизонтальном передвижении плит, включающих материки и прилегающие части океанов, – мобилизмом.

Экологические функции литосферы

Экология изучает взаимодействие организмов с окружающей средой.

Окружающая среда это фактически географическая оболочка Земли. Существенной составляющей географической оболочки является литосфера. На горных породах литосферы формируются ландшафты, образуется почва, развиваются растительные и животные сообщества. С горными породами взаимодействует человек, включая их в техносферу.

Но, с другой стороны, литосфера тоже взаимодействует с живой составляющей биосферы, т.е. несет определенные экологическое функции. Эти функции изучаются в экологической геологии, основы которой были заложены еще В.И. Вернадским. Что это за функции?

Ресурсная функция

Литосфера обеспечивает потребности живой составляющей биосферы (биоты) абиотическими ресурсами. В большей степени это касается человека, который потребляет полезные ископаемые, нуждается в источниках энергии: нефти, газе, угле. Около 70 % добываемых полезных ископаемых мира составляют энергоресурсы.

104

Геодинамическая функция

В мире постоянно происходят различные геологические процессы, влияющие на различные экосистемы, в том числе и человеческое сообщество. К этим процессам относятся:

Внешние процессы (экзогенные) - оползни, обвалы, сели, подтопления и т.п.; Внутренние процессы (эндогенные)- землетрясения, вулканические извержения.

Эти процессы могут быть как природными, так и вызванными техногенной деятельностью человека. Последние по своей интенсивности могут превосходить природные процессы. Поэтому экологическая геология уделяет большое внимание защите экосистем от негативного влияния инженерногеологических процессов.

Геохимическая функция

Заключается в активном участии литосферы в процессах круговорота веществ в природе. В процессах круговорота происходит перемещение химических элементов, простых и сложных веществ, веществ органического и неорганического происхождения. Это перемещение осуществляется различными путями: механическими, физико-химическими, с помощью живых организмов (биогенными) и при участии человека в результате его трудовой деятельности (техногенная миграция). Именно техногенная миграция и является предметом исследований экологической геохимии.

Климат Земли и факторы, от которых он зависит

Формирование различных типов климата происходит под влиянием многих факторов. Все их разнообразие можно свести к трем группам:

1)количество солнечного тепла, поступающего на земную поверхность (географическая широта);

2)циркуляция атмосферы;

3)характер подстилающей поверхности и рельеф.

Основными климатическими показателями являются температура воздуха, годовое количество и режим осадков, преобладающее направление ветра и другие.

В зависимости от температурных условий, преобладающих воздушных масс и ветров земная поверхность делится на климатические пояса.

105

К основным климатическим поясам относятся: экваториальный, тропический, умеренный, арктический, антарктический. Между ними есть переходные: субэкваториальный, субтропический, субарктический, субантарктический.

В горных областях формируется высотная климатическая поясность вследствие того, что с высотой температура воздуха понижается.

Зависимость климата от географической широты

Распределение солнечного света и тепла на Земле неравномерно. Больше всего тепла получают территории по обе стороны от экватора. Это экваториальный, субэкваториальный, тропический и субтропический пояса.

Вэкваториальном поясе весь год преобладают экваториальные воздушные массы. Здесь всегда высокие температуры воздуха и большое количество осадков. Это объясняется высоким положением Солнца над горизонтом в течение всего года и восходящими токами воздуха, характерными для пояса низкого давления.

Втропических климатических поясах преобладают тропические воздушные массы. Они имеют достаточно высокую температуру, но менее влажные, чем экваториальные.

Вумеренных климатических поясах, где господствуют умеренные воздушные массы, значительно холоднее, чем в тропических поясах. Ясно выражены времена года. Преобладающие западные ветры приносят с океана воздушные массы, которые обусловливают осадки в западных частях материков. Во внутренних частях материков осадков выпадает мало, а на востоке, когда дует летний муссон, их опять становится больше.

Варктическом и антарктическом поясах преобладают арктические и антарктические воздушные массы с очень низкими температурами и малой влажностью.

Влияние океанов на климат. Климат, для которого характерны теплая зима и прохладное лето, небольшая годовая амплитуда температур и большое количество осадков, называется морским. В Великобритании, например, климат морской. В местах же, находящихся вдали от океанов, осадков выпадает меньше, зима холодная, лето теплое, годовая амплитуда большая. Такой климат называется континентальным, так как он типичен для мест, расположенных в глубине континента.

Влияние на климат морских течений. Теплые морские течения согре-

вают атмосферу в тех районах, где они протекают, так, например, теплое Севе-

106

ро-Атлантическое течение в южной части Скандинавского полуострова создает благоприятные условия для хвойных и широколиственных лесов, в то время как большая часть острова Гренландия, лежащего примерно на тех же широтах, что и Скандинавский полуостров, круглый год покрыта толстым слоем льда.

Зависимость климата от рельефа. С подъемом местности на каждый километр температура воздуха понижается на 5-6°. Поэтому на склонах Памиpa средняя годовая температура -1° С, хотя находится он чуть севернее тропика.

Большое влияние на климат оказывает расположение горных хребтов. Например, Кавказские горы задерживают влажные морские ветры, и на склонах гор, обращенных к Черному морю, выпадает значительно больше осадков, чем за Кавказскими горами. В то же время они служат препятствием для холодных северных ветров.

Зависимость климата от господствующих ветров. На территории Вос-

точно-Европейской равнины в течение почти всего года преобладают ветры западных направлений с Атлантического океана. Поэтому зимы на этой территории сравнительно мягкие.

Районы Дальнего Востока находятся под действием муссонов. Зимой здесь постоянно дуют ветры из глубины материка. Они холодные и очень сухие, поэтому осадков не дают. Летом, наоборот, ветры несут с Тихого океана много влаги. Осенью, когда ветер с океана утихает, погода обычно стоит солнечная, тихая. Это лучшее время года здесь.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Акимова Т.А. Экология: человек-экономика-биота-среда: учеб.: рек. Мин. обр. РФ: рек. УМО / Т.А. Акимова, В.В. Хаскин. – 3- е изд., перераб. и доп.

–М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. – 496 с.

2.Астрономия. Век XXI. /В. Сурдин. – Фрязино: Век 2, 2008. – 624 с.

3.Баранников А.А. Основные концепции современной физики : учеб. пособие: доп. УМО / А.А. Баранников, А.В. Фирсов. – 2- е изд., доп. – М.: Высш.

шк., 2009. – 350 с.

4.Гельфман М.И., Юстратов В.П. Химия. – СПб.: Лань, 2003. – 472 с.

5.Гусейханов М.К. Концепции современного естествознания : учеб.: рек. Мин. обр. РФ / М.К. Гусейханов, О.Р. Раджабов. – 6- е, 7-е изд., перераб. и доп.

–М.: Дашков и К, 2007, 2008, 2009. – 540 с.

107

6.Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания : учеб. пособие: доп. Мин обр. РФ / Т.Я. Дубнищева. – 7- е изд., стер. – М.: Академия, 2006.

–608 с.

7.Ефремов Ю.Н. Звездные острова. – Фрязино: Век 2, 2005. – 272 с.

8.Короновский Н. Наша планета Земля. М.: Весь Мир, 2002. 220 с.

9.Маринченко А.В. Экология: учеб. пособие: рек Мин. Обр. РФ / А.В. Маринченко. – 2- е, 3-е изд., испр. и доп. – М.: Дашков и К, 2008, 2009. – 327 с.

10.Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. – М.: Гарда-

рики, 2007.– 704 с.

11.Николайкин Н.И. Экология: учеб.: рек. Мин. Обр. РФ / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – 5- е изд., испр. и доп. – М.: Дрофа,

2006. – 623 с.

12.Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания : учеб. пособие: рек. УМО / Г.И. Рузавин. – М.: Гардарики, 2007. – 304 с.

13.Садохин А.П. Концепции современного естествознания : учеб пособие /А.П. Садохин – 5- е изд., стер. – М. : Омега – Л, 2010. – 239 с.

14.Солнечная система. /В. Сурдин. – М.: ФИЗМАТЛИТ. Серия: Астрономия и астрофизика, 2009. – 400 с.

15.Черепащук А.М., Чернин А.Д. Вселенная, жизнь, черные дыры. –

Фрязино: Век 2, 2007. – 320 с.

16.Учебное пособие «Концепции современного естествознания (химиче-

ская составляющая)» http://studentbank.ru

17.Хаин В. Е. Планета земля. От ядра до ионосферы : учеб. пособие / В. Е. Хаин, Н. В. Короновский. - М. : Книжный дом Университет, 2007. - 244 с.

108

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Законы Ньютона

Закон всемирного тяготения. Сила F взаимного притяжения материальных точек с массами m1 и m2 находящихся на расстоянии r друг от друга, равна: F = Gm1 m2/ r2, где G – гравитационная постоянная.

Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчета (называемые инерциальными), относительно которых любое тело, не взаимодействующее с другими телами, движется равномерно и прямолинейно.

Второй закон Ньютона. Если масса тела постоянная (m = const), то сила равна произведению массы тела на ускорение: F = ma.

Третий закон Ньютона. Два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и направленными вдоль одной прямой в противоположных направлениях: F = - F.

Таким образом, первый закон Ньютона устанавливает существование инерциальных систем отсчета, второй и третий законы Ньютона выполняются только в этих системах отсчета. Эти законы не применимы для движения объектов очень малых размеров, как атомы, и при движениях со скоростями близкими к скоростям света.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Теории света

История учения о свете развивалась главным образом по линии геометрической оптики. Геометрической оптикой называется раздел оптики, в котором все законы распространения света рассматриваются на основе представлений о световых лучах. В геометрической оптике были открыты законы распространения, отражения и преломления света.

Раздел физики, в котором изучается природа света, называется физиче- ской оптикой. В XVII в. почти одновременно в рамках физической оптики возникли две различные теории о природе света:

1. Корпускулярная теория, согласно которой свет – это поток частиц, идущих от источника света во все стороны. К корпускулярной теории склонялся, но не доказывал ее Ньютон.

109

2. Волновая теория света, согласно которой свет – это волны, распространяющиеся в особой среде эфире.

Волновую теорию поддерживал Гюйгенс. Первое научное сочинение по волновой оптике – это «Трактат о свете» Гюйгенса (1690). В этой книге он из-

лагает свой знаменитый принцип: «Каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн». С помощью этого принципа Гюйгенс выводит известные в геометрической оптике законы отражения и преломления света.

Обе теории света (корпускулярная и волновая) длительное время существовали параллельно. Известные в то время геометрические законы оптики более или менее успешно могла объяснить и одна и другая теория. Но в рамках волновой теории не могли объяснить прямолинейное распространение света, а в рамках корпускулярной теории не было ясно, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, не действуют друг на друга. Такая неопределенность длилась до конца XIX в.

В XIX в. англ. ученый Томас Юнг и французский физик Огюстен Френель опытным путем доказали волновую природу света с помощью явлений интерференции, дифракции и поляризации.

Интерференцией называется сложение волн, при котором происходит усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства. С помощью явления интерференции Юнг объяснил визуально наблюдаемые различные цвета тонких пленок и так называемые «кольца Ньютона».

Дифракция – это огибание волнами краев препятствий. Эксперименты по дифракции света ставил Юнг, но количественную теорию дифракции разработал Френель.

Кроме того, Френель впервые на основе волновой теории объяснил прямолинейное распространение света, а затем с помощью явления поляризации доказал, что световые волны являются поперечными.

Поляризацией называется образования плоскополяризованного луча при прохождении света через некоторые кристаллы. В плоскополяризованном луче, колебания происходят только в одной определенной плоскости.

Современная теория света называется электромагнитной. Электромагнитная теория берет начало с работ англ. физика Джеймса Максвелла (1864), который чисто теоретически показал возможность существования электромаг-

110

нитных волн и то, что скорость распространения этих волн в вакууме должна быть равна скорости света, которая к тому времени была известна. Также из теории Максвелла вытекало, что электромагнитные волны являются поперечными. Т.о., скорость электромагнитных волн и то, что они поперечные указывало на то, что электромагнитные волны – это те же самые световые волны.

Согласно современным представлениям видимый свет – это электромаг-

нитные волны с длиной 4 ×10−7 - 8 ×10−7 м. Они излучаются при ускоренном движении электронов, входящих в состав атомов. Световые волны являются частью шкалы электромагнитных излучений, которая включает также низкочастотные и радиоволны, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, рентгеновское и гамма-излучения.

Можно сказать, что победила волновая теория света, но эта победа не является абсолютной. Согласно знаниям неклассической физики объектам микромира свойственна корпускулярно-волновая двойственность, а световые волны – это поток фотонов – элементарных частиц, объектов микромира.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Тонкая подстройка Вселенной

Наука, решая вопрос о месте жизни в нашей Вселенной, сталкивается с рядом проблем. В данном случае рассмотрим проблему, которая называется «тонкая подстройка» Вселенной. Невольно возникает вопрос, почему так называемые физические константы, например, безразмерные константы 4-х фундаментальных взаимодействий, гравитационная постоянная, постоянная Планка, заряд электрона, массы протона и нейтрона, скорость света имеют такие, а не какие-нибудь иные значения и что случилось бы со Вселенной, если бы эти значения оказались другими?

Рассчитано, что если бы постоянная Планка была больше на 15%, то протон не смог бы соединиться с нейтроном, то есть не образовались бы ядра многоэлектронных атомов, да и сами атомы. Если бы масса протона была бы больше на 30%, то ядра и атомы также не образовались. Перечень подобных следствий можно продолжить.

В данном случае важным является то, что наша Вселенная может существовать в узких рамках именно этих констант, то есть тех, которые определены учеными. Невольно возникает мысль о том, что Природа случайно с очень высокой степенью точности «подогнала» большое число независимых (на наш