Походження Всесвiту
РЕФЕРАТ
Походження Всесвiту
Змiст
Введення......................................................................................................... 3
Будова Землi................................................................................................. 15
Висновок...................................................................................................... 21
Введення
Всесвiт – це весь iснуючий матерiальний свiт, безмежний в часi i просторi i нескiнченно рiзноманiтний по формах, якi приймає матерiя в процесi свого розвитку. Частина Всесвiту, охоплена астрономiчними наглядами, називається Метагалактикою, або нашим Всесвiтом. Розмiри метагалактики дуже великi: радiус космологiчного горизонту складає 15-20 млрд. свiтлових рокiв.
Космологiя – один з тих роздiлiв природознавства, якi завжди знаходяться на стику наук. Будова i еволюцiя Всесвiту вивчаються космологiєю. Космологiя використовує досягнення i методи фiзики, математики, фiлософiї. Предмет космологiї – весь оточуючий нас мегасвiт, весь "великий Всесвiт", i задача полягає в описi самих загальних властивостей, будови i еволюцiї вселеної.
те, що Всесвiт безперервно розвивається.
З еволюцiєю структури Всесвiту пов'язано виникнення скупчень галактик, вiдособлення i формування зiрок i галактик, утворення планет i їх супутникiв. Сам Всесвiт виник приблизно 20 млрд. рокiв тому з якогось щiльної i гарячої проторечовини. Існує точка зору, що з самого початку проторечовина з гiгантською швидкiстю почало розширюватися. На початковiй стадiї ця щiльна речовина розлiталася на всiх напрямках i була однорiдною вируючою сумiшшю нестiйких, постiйно розпадаються при зiткненнi частинок. Остигаючи i взаємодiючи протягом мiльйонiв рокiв, вся ця маса розсiяної в просторi речовини концентрувалася у великi i малi газовi утворення, якi протягом сотень мiльйонiв рокiв, зближуючись i зливаючись, перетворювалися на величезнi комплекси. В цих комплексах, у свою чергу виникали бiльш щiльнi дiлянки – там згодом i утворилися зiрки i навiть цiлi галактики.
В результатi гравiтацiйної нестабiльностi в рiзних зонах галактик, що утворилися, можуть сформуватися щiльнi "протозорянi утворення" з масами, близькими до маси Сонця. Процес стиснення, що почався, швидшатиме пiд впливом власного поля тяжiння. Процес цей супроводжує вiльне падiння частинок хмари до його центру – вiдбувається гравiтацiйне стиснення. В центрi хмари утворюється ущiльнення, що складається з молекулярного водню i гелiю. Зростання густини i температури в центрi приводить до розпаду молекул на атоми, iонiзацiї атомiв i утворення щiльного ядра протозiрки.
починає прагнути того стану, з якого починалася iсторiя циклу. Врештi-решт речовина Всесвiту повертається в первинний надщiльний стан, знищивши все життя, що трапилася на шляху. І так повторюється кожного разу, в кожному циклi протягом вiчностi.
До початку 30-х рокiв ХХ в. склалася думка, що головнi складовi Всесвiту - галактики, кожна з яких в середньому складається з 100 млрд. зiрок. Сонце разом з планетною системою входить в нашу Галактику, основну масу зiрок якої ми спостерiгаємо у формi Чумацького Шляху. Окрiм зiрок i планет, Галактика мiстить значну кiлькiсть розрiджених газiв i космiчного пилу.
Утворення Всесвiту
Кiнцевий або нескiнченний Всесвiт, яка у неї геометрiя – цi i багато iншi питання пов'язанi з еволюцiєю Вселеної, зокрема iз спостережуваним розширенням. Якщо швидкiсть "розльоту" галактик збiльшиться на 75 км/с на кожний мiльйон парсек, то екстраполяцiя до минулого приводить до дивного результату: приблизно 10-20 млрд. рокiв тому весь Всесвiт був зосереджений в дуже маленькiй областi. Багато учених вважають, що у той час густина Всесвiту була така ж, як у атомного ядра: Всесвiт був однiєю гiгантською "ядерною краплею". З якихось причин ця "крапля" прийшла в нестiйкий стан i вибухнула. Наслiдки цього вибуху ми спостерiгаємо зараз як системи галактик.
При данiй оцiнцi часу утворення Всесвiту передбачалося, що спостережувана нами зараз картина розльоту галактик вiдбувалася з однаковою швидкiстю i в скiльки завгодно далекому минулому. А саме на такому припущеннi i заснована гiпотеза первинного Всесвiту – гiгантської "ядерної краплi", що прийшла в стан нестiйкостi.
В даний час космологи припускають, що Всесвiт не розширявся "вiд крапки до крапки", а як би пульсує мiж кiнцевими межами густини. Це означає, що у минулому швидкiсть розльоту галактик була менше нiж зараз, а ще ранiше система галактик стискалася, тобто Галактики наближалися один до одного з тим бiльшою швидкiстю, нiж бiльша вiдстань їх роздiляла. Сучасна космологiя розташовує ряд аргументiв на користь картини "пульсуючого Всесвiту". Такi аргументи носять чисто математичний характер; найголовнiший з них – необхiднiсть облiку реально iснуючої неоднорiдностi Вселеної. Вирiшити питання, яка з двох гiпотез справедлива, ми зараз не можемо. Буде потрiбно величезна робота, щоб вирiшити цю одну з найважливiших проблем космологiї.
Сучасна космологiя виникла на початку ХХ в. пiсля створення релятивiстської теорiї тяжiння. Перша релятивiстська модель, заснована на новiй теорiї тяжiння i претендуюча на опис всього Всесвiту, була побудована А. Эйнштейном в 1917 р. Проте вона описувала статичний Всесвiт i, як показали астрофiзичнi нагляди, виявилося невiрною.
В 1922-1924 рр. радянським математиком А. А. Фридманом були запропонованi загальнi рiвняння для опису всього Всесвiту, змiнного з часом. Зорянi системи не можуть знаходитися в середньому на незмiнних вiдстанях один вiд одного. Вони повиннi або вiддалятися, або зближуватися. Такий результат – неминуче слiдство наявностi сил тяжiння, якi очолюють в космiчних масштабах. Висновок Фрiдмана означав, що Всесвiт повинен або розширюватися, або стискатися. Звiдси слiдував перегляд загальних уявлень про Всесвiт. В 1929 р. американський астроном Э. Хаббл (1889-1953) за допомогою астрофiзичних наглядiв вiдкрив розширення Всесвiту, пiдтверджуюче правильнiсть висновкiв Фрiдмана.
Моделi Фрiдмана служать основою всього подальшого розвитку космологiї. Вони описують механiчну картину руху величезних мас Всесвiту i її глобальну структуру. Якщо колишнi космологiчнi побудови покликанi описувати спостережувану тепер структуру Всесвiту з незмiнним в середньому рухом свiтiв в нiй, то моделi Фрiдмана за своєю суттю були еволюцiйними, зв'язували сьогоднiшнiй стан Всесвiту з її попередньою iсторiєю. З цiєї теорiї виходить, що у далекому минулому Вселена не була зовсiм схожа на спостережувану нами сьогоднi. Тодi не було нi окремих небесних тiл, нi їх систем, вся речовина була майже однорiдною, дуже щiльною, швидко розширялося. Тiльки значно пiзнiше з такої речовини виникли галактики i їх скупчення.
розглядалися ядернi реакцiї, що протiкали на самому початку розширення Всесвiту в дуже щiльнiй речовинi. При цьому передбачалося, що температура речовини була велика i падала з розширенням Всесвiту. Теорiя передбачала, що речовина, з якої формувалися першi зiрки i галактики, повинна складатися в основному з водню (75%) i гелiю (25%), домiшка iнших хiмiчних елементiв незначна. Інший висновок теорiї – в сьогоднiшньому Всесвiтi повинне iснувати слабке електромагнiтне випромiнювання, що залишилося вiд епохи великої густини i температури речовини. Таке випромiнювання в ходi розширення Всесвiту було названо релiктовим випромiнюванням.
Тодi ж з'явилися принципово новi наглядовi можливостi в космологiї: виникла радiоастрономiя, розширилися можливостi оптичної астрономiї. Зараз Всесвiт аж до вiдстаней в декiлька парсек дослiджується рiзними методами.
На сучасному етапi в розвитку космологiї iнтенсивно дослiджується проблема початку космологiчного розширення, коли густина матерiї i енергiї частинок була величезною. Керiвними iдеями є новi вiдкриття у фiзицi взаємодiї елементарних частинок при дуже великих енергiях. При цьому розглядається глобальна еволюцiя Всесвiту. Сьогоднi еволюцiя Всесвiту всесторонньо обгрунтовується численними астрофiзичними наглядами, якi спираються на теоретичний базис всiєї фiзики.
Будова Галактики. Види Галактик
Навколишнi Сонце зiрки i саме Сонце складають малу частину гiгантського скупчення зiрок i туманностей, яку називають Галактикою. Галактика має досить складну структуру. Істотна частина зiрок в Галактицi знаходиться в гiгантському диску дiаметром приблизно 100 тис. i завтовшки близько 1500 свiтлових рокiв. В цьому диску налiчується бiльше сотнi мiльярдiв зiрок самих рiзних видiв. Наше Сонце – одна з таких зiрок, що знаходяться на периферiї Галактики поблизу її екваторiальної площини.
Зiрки i туманностi в межах Галактики рухаються досить складним чином: вони беруть участь в обертаннi Галактики навкруги осi, перпендикулярної її екваторiальної площини. Рiзнi дiлянки Галактики мають рiзнi перiоди обертання.
Зiрки видаленi один вiд одного на величезнi вiдстанi i практично iзольованi один вiд одного. Вони практично не стикаються, хоча рух кожної з них визначається полем сили тяжiння, створюваним всiма зiрками Галактики.
Астрономи останнi декiлька десятирiч вивчають iншi зорянi системи, схожi з нашою. Це дуже важливi дослiдження в астрономiї. За цей час позагалактична астрономiя добилася вражаючих успiхiв.
силами тяжiння i що рухаються в просторi як єдине цiле, - зорянi скупчення. Існують розсiянi зорянi скупчення, наприклад Плеяди в сузiр'ї Тельця. Такi скупчення не мають правильної форми; в даний час їх вiдома бiльше тисячi.
Спостерiгаються кульовi зорянi скупчення. Якщо в розсiяних скупченнях мiстяться сотнi або тисячi зiрок, то в кульових їх сотнi тисяч. Сили тяжiння утримують зiрки в таких скупченнях мiльярди рокiв.
В рiзних сузiр'ях виявляються туманнi плями, якi складаються в основному з газу i пилу, - це туманностi. Вони бувають неправильними, клочковатої форми – дифузнi, i правильної форми, що нагадують по вигляду планети, - планетарнi.
i гамма-квантiв. В центрi Крабовидної туманностi знаходиться джерело iмпульсного електромагнiтного випромiнювання – пульсар, у якого вперше були знайденi разом з пульсацiями радiовипромiнювання оптичнi пульсацiї блиску i пульсацiї рентгенiвського випромiнювання. Пульсар, що володiє могутнiм змiнним магнiтним полем, прискорює електрони i викликає свiчення туманностi в рiзних дiлянках спектру електромагнiтних хвиль.
Простiр в Галактицi заповнений скрiзь – розрiдженим мiжзоряним газом i мiжзоряним пилом. В мiжзоряному просторi iснують i рiзнi поля – гравiтацiйне i магнiтне. Пронизує мiжзоряний простiр космiчне промiння, що є потоками електрично заряджених частинок, якi при русi в магнiтних полях розiгналися до швидкостей, близьких до швидкостi свiтла, i придбали величезну енергiю.
Галактику можна представити у виглядi диска з ядром в центрi i величезними спiральними гiлками, що мiстять в основному найгарячiшi i яскравi зiрки i масивнi газовi хмари. Диск iз спiральними гiлками утворює основу плоскої пiдсистеми Галактики. А об'єкти, що концентруються до ядра Галактики i лише частково проникаючi в диск, вiдносяться до сферичної пiдсистеми. Сама Галактика обертається навкруги своєї центральної областi. В центрi Галактики зосереджена лише невелика частина зiрок. Сонце знаходиться на такiй вiдстанi вiд центру Галактики, де лiнiйна швидкiсть зiрок максимальна. Сонце i найближчi до нього зiрки рухаються навкруги центру Галактики iз швидкiстю 250 км/с, скоюючи повний оборот приблизно за 290 млн. рокiв.
За зовнiшнiм виглядом галактики умовно роздiляються на три типи: елiптичнi, спiральнi i неправильнi.
Просторова форма елiптичних галактик – елiпсоїди з рiзним ступенем стиснення. Серед них зустрiчаються гiгантськi i карликовi. Майже четверть всiх вивчених галактик вiдноситься до елiптичних. Це найпростiшi по структурi галактики – розподiл зiрок в них рiвномiрно убуває вiд центру, пилу i газу майже немає. В них найяскравiшi зiрки – червонi гiганти.
Спiральнi галактики – найчисленнiший вигляд. До нього вiдноситься наша Галактика i Туманнiсть Андромеди, видалена вiд нас приблизно на 2,5 млн. свiтлових рокiв.
неправильнi галактики не мають центральних ядер, в їх будовi поки не знайденi закономiрностi. Це Велике i Мале Магелланови хмари, що є супутниками нашої Галактики. Вони знаходяться вiд нас на вiдстанi в пiвтора разу бiльшому дiаметра Галактики. Магелланови хмари значно менше нашої Галактики по масi i розмiрам.
Існують i взаємодiючi галактики. Вони звичайно знаходяться на невеликих вiдстанях один вiд одного, зв'язанi "мостами" з матерiї, що свiтиться, iнодi як би пронизують одна iншу.
В 1963 р. почалися вiдкриття зiроподiбних джерел радiовипромiнювання – квазарiв. Зараз їх вiдкрито бiльше тисячi.
Земля – планета Сонячної системи.
сотнi комети незлiченна безлiч метеоритних тiл, що рухаються як роями, так i видi окремих частинок. Всi цi тiла з'єднанi в одну систему завдяки силi тяжiння центрального тiла – Сонця.
продовжуючи загальну лiнiю розвитку матерiї. Саме на Землi пройдений найскладнiший етап самоорганiзацiї, що знаменує глибокий якiсний стрибок до вищих форм впорядкованостi.
Вiдмiннiсть планет земної групи вiд планет-гiгантiв очевиднi. Але i серед найближчих сусiдiв Землi немає двох однакових планет: всi вони розрiзняються розмiрами, физико-хiмiчними параметрами, будовою надр i поверхонь, атмосферами i iншими характеристиками. Основними вiдмiнностi визначенi початковими умовами формування планет – хiмiчним складом, густиною речовини в тих частинах протопланетного хмари, де цi планети формувалися, вiдстанню вiд Сонця, резонансними взаємодiями з iншими планетними тiлами i Сонцем.
Прямi дослiдження iнших ближнiх планет тiльки початi. Проте, наявнi вiдомостi вже дозволяють проводити порiвняльне вивчення зовнiшнiх оболонок Землi i iнших планет Сонячної системи. На цiй основi виник новий науковий напрям, названий порiвняльною планетологiєю.
легкi гази, що пiдтверджують нагляди за так званим шлейфом Землi. Венера майже рiвна за розмiрами i масою Землi, але вона ближче до Сонця i одержує вiд нього бiльше тепла. Тому вона давно втратила весь вiльний водень. У решти двох планет цiєї групи атмосфера або вiдсутня (Меркурiй), або збереглася в дуже розрядженому станi (Марс).
i один з одним. Земля i марс обертаються майже з однаковими перiодами близько 24 ч. Земля i Венера також утворюють резонансну структуру. В цiй групi планет тiльки Венера має зворотне обертання (протилежне напряму обертання Сонця навкруги своєї осi), вона як би перекинута "вверх ногами" на своїй орбiтi. Нарештi, тiльки Земля в своїй групi має сильне власне магнiтне поле, бiльш нiж на два порядки величини перевершуюче значення магнiтних полiв у iнших планет.
Жодна з планет земної групи не має розвиненої системи супутникiв, що характерне для планет групи Юпiтера. Планетоподобний супутник Землi – Мiсяць – близький за розмiрами до планети Меркурiй. Два супутники марса – Фобос i Деймос – мають неправильну форму, нагадуючи невеликi астероїди. Дотепер, як про походження Мiсяця, так i про походження супутникiв марса немає ясного уявлення.
Три з чотирьох планет земної групи володiють помiтною атмосферою. Атмосфера кожної планети несе вiдбиток особливостей її розвитку. Атмосфера Землi кардинально вiдрiзняється вiд атмосфер iнших планет: в нiй низький змiст вуглекислого газу, високий змiст молекулярного кисню i вiдносно великий змiст пари води. Двi причини створюють видiленнiсть атмосфери Землi: вода океанiв i морiв добре поглинає вуглекислий газ, а бiосфера насищає атмосферу молекулярним киснем, що утворюється в процесi рослинного фотосинтезу. Розрахунки показують, що якщо звiльнити всю поглинену i зв'язану в океанах вуглекислоту, прибравши одночасно з атмосфери весь накопичений в результатi життєдiяльностi рослин кисень, то склад земної атмосфери в своїх основних рисах став би подiбний складу атмосфер Венери i марса.
Вiдносно малi розмiри марса не дозволили йому утримати щiльну атмосферу. Можливо, що ранiше, коли йшли процеси активного видiлення газiв з надр планети, атмосфера марса була набагато щiльнiше, нiж тепер. Умови у його поверхнi були бiльш м'якi, без таких рiзких перепадiв денних i нiчних температур. В марсiанськiй атмосферi дуже мало пари води, вiдповiдно вiдсутня хмарнiсть. Але рухи розрiдженої атмосфери часом досягають такої сили, що в загальнопланетному масштабi виникають могутнi пиловi бурi, що пiднiмають маси пiску на висоту багатьох кiлометрiв. Тодi поверхня планети надовго ховається за непроникною завiсою.
В атмосферi Землi насиченi водянi пари створюють хмарний шар, що охоплює значну частину планети. Хмари Землi входять найважливiшим елементом в системi гiдросфера-атмосфера-суша.
служити мiрилом рiвня життєздатностi планети в цiлому. Скорочення, а тим бiльше припинення такої дiяльностi розглядається як ознака вмирання планети, завершення циклу її еволюцiйного розвитку. Адже суть такого розвитку – активний обмiн речовиною i енергiєю мiж надрами i поверхнею планети, в ходi якої формуються i пiдтримуються атмосфера, гiдросфера i пануючi типи рельєфу поверхнi. З припиненням тектонiчної дiяльностi планета перетворюється на мертве небесне тiло, на якому переважають процеси деградацiї.
На Землi тектонiчнi процеси активно протiкають i в нашi днi, її геологiчна iсторiя далека вiд завершення. Палеонтологи затверджують, що в епоху ранньої молодостi Землi її тектонiчна активнiсть була ще вище. Сучасний рельєф планети склався i продовжує видозмiнюватися пiд впливом сумiсної дiї на її поверхнi тектонiчних, гiдросферних, атмосферних i бiологiчних процесiв. На iнших планетах таке поєднання чинникiв вiдсутнє.
поверхнi. В iншiй пiвкулi зосередженi пiдняття кори, створюючи континенти. Океанiчна i континентальна рiзновиду кори розрiзняються i по вiку, i по хiмiко-геологiчному складу. Рельєф океанiчного дна вiдмiнний вiд континентального рельєфу.
Систематичнi дослiдження морського i океанiчного дна стали можливi лише в саме останнiм часом. Вони вже привели до нового розумiння глобального характеру тектонiчних процесiв, що вiдбуваються на Землi. Середня глибина свiтового океану близька до 4 км, окремi западини досягають в три рази бiльшої глибини, а окремi конуси значно пiдносяться над поверхнею води. Головна визначна пам'ятка океанiчного рельєфу – глобальна система серединних хребтiв, що пнулася на десятки тисяч кiлометрiв. Уздовж їх центральних частин протягнулися розломи, так званi рифтовi зони, через якi з мантiї на поверхню виходять свiжi маси речовини. Вони розсовують океанiчну кору, формуючи її в процесi безперервного оновлення. Вiк океанiчної кори не перевищує 150 млн. рокiв. Інша характерна особливiсть процесу – iснування зон субдукцiї, де океанiчна кора занурюється пiд одну з острiвних дуг (наприклад, пiд курильську, Марiанськую та iн.) або пiд край континенту. Зони субдукцiї характеризуються пiдвищеною сейсмiчною i вулканiчною дiяльнiстю.
Мертвого моря), окремi гiрськi вершини пiднятi над його рiвнем на 8-9 км. Згiдно сучасним переконанням, континентальна кора разом з пiдстилаючими шарами мантiї утворює систему лiтосферних континентальних плит. На вiдмiну вiд лiтосфери океанiв континентальнi плити мають дуже стародавнє походження, їх вiк оцiнюється в 2,5-3,8 млрд. рокiв. Товщина центральної частини деяких континентальних плит досягає 250 км.
На межах лiтосферних плит, званих геосинклiналiями, вiдбувається або стиснення, або розтягування кори, що залежить вiд напряму мiсцевого горизонтального зсуву плит.
Попереднi пiдсумки порiвняльного зiставлення Землi, Венери i марса можна сформулювати так:
нi на Венерi, нi на марсi немає навiть найпростiших форм життя. Залишається вiдкритим питання про можливе iснування якихось форм життя на марсi у вiддаленому минулому.
тiльки на Землi iснує могутня гiдросфера, що сформувалася одночасно з планетою. На марсi у минулому iмовiрно iснував рiзновид гiдросфери, на Венерi її швидше за все нiколи не було.
в сучасну епоху тiльки Земля залишається "живою" планетою, геологiчний розвиток якої продовжується i проявляє себе, зокрема, в активнiй тектонiчнiй дiяльностi. Марс i Венера у минулому пройшли через перiод бурхливої сейсмiчної i вулканiчної активностi, але на марсi вона припинилася декiлька стiльникiв мiльйонiв рокiв, а на Венерi – бiльше мiльярда рокiв тому. Обидвi цi планети, швидше за все, завершують або вже завершили цикл свого еволюцiйного розвитку.
явно вираженi лiтосфернi плити з їх перемiщеннями пiд дiєю глибинних процесiв, iснування у Землi щодо могутнього магнiтного поля.
Успiхи науки i технiки зробили доступним пряме вивчення планет Сонячної системи, вiдкривши принципово новi можливостi для порiвняльного пiзнання нашої власної планети. Тим самим вiдкрита нова сторiнка в збагненнi навколишнього нас свiту, але на нiй поки записанi лише першi рядки. Все ще залишається невирiшеним питання: що видiлило Землю серед сiмейства планет одного з нею типу так, що вона змогла стати обителлю життя? Пошук вiдповiдi на це питання може проходити тiльки на шляхах руху вiд приватного до загального, вiд планети Земля з iснуючим на нiй життям до усвiдомлення космiчної природи життя – цiєї найважливiшої ланки самоорганiзацiї речовини в процесi розвитку матерiї.
Будова Землi
природне тiло, якому властивi свої внутрiшнi закони розвитку. Швидкому упровадженню такого уявлення в свiдомiсть людей сприяла видатна подiя нашого часу – вихiд людини в ближнiй космос. Це дозволило вперше поглянути на Землю ззовнi, побачити її вiдразу всю цiлком, наочно переконатися в загальнопланетних масштабах бiльшостi атмосферних i поверхневих явищ, в тiсному взаємозв'язку всiх зовнiшнiх земних сфер – сушi, води, повiтря i бiосфери. Картина виявилася вражаючою.
протиборством двох фундаментальних природних тенденцiй – прагненням до руйнування впорядкованостi i прагненням до утворення все бiльш впорядкованих систем, що самоорганiзовується.
Бiльшiсть приватних наук про Землю складає науки про її поверхню, включаючи атмосферу. Кольська надглибока свердловина - на сьогоднiшнiй день найглибша на Землi –12-15 км. З глибин приблизно до 200 км рiзними шляхами виноситься назовнi речовина надр i виявляється доступним для дослiдникiв. Вiдомостi про бiльш глибокi шари здобуваються непрямими методами – заснованими на реєстрацiї характеру проходження сейсмiчних хвиль рiзних типiв через земнi надра. Інша група методiв грунтується на допущеннях про структуру i склад протопланетного хмари i на гiпотетичних припущеннях про процес формування в ньому планет. Виходячи їх цього, речовину метеоритiв розглядають як релiктовi залишки минулого, що вiдображають склад i структуру речовини протопланетного хмари в зонi формування планет земної групи. На цiй основi робляться висновки про збiг речовини метеоритiв певного типу з речовиною тих або iнших шарiв земних глибин. Речовина метеоритiв час вiд часу випадає з космосу на Землю, i воно доступне прямому вивченню. Проте, висновки про склад земних надр, що спираються на данi про хiмiко-мiнералогiчний склад випадаючих на Землю метеоритiв, не вважаються надiйними.
Зондування надр Землi сейсмiчними хвилями дозволило встановити їх оболонкову будову i диференцiйовану хiмiчного складу. Розрiзняють три головнi концентрично розташованi областi: ядро, мантiя i кора. Ядро i мантiя у свою чергу пiдроздiляються на додатковi оболонки, що розрiзняються физико-хiмiчними властивостями. Ядро займає центральну область земного геоїда i роздiляється на двi частини. Внутрiшнє ядро знаходиться в твердому станi, воно оточено зовнiшнiм ядром, перебуваючому в рiдкiй фазi. Мiж внутрiшнiм i зовнiшнiм ядрами немає чiткої межi, їх роздiляє перехiдна зона. Про хiмiчний склад ядра судять по густинi речовини в ньому i на пiдставi припущення, що склад ядра iдентичний складу залiзних метеоритiв. Тому внутрiшнє ядро вважають тим, що складається iз залiза (80%) i нiкелю (20%). Вiдповiдний сплав при тиску земних надр має температуру плавлення порядка 4 5000С. Згiдно тим же уявленням, зовнiшнє ядро мiстить залiзо (52%) i евтектику (рiдка сумiш твердих речовин), утворювану залiзом i сiркою (48%). Не виключається невелика домiшка нiкелю. Температура плавлення такої сумiшi оцiнюється приблизно 32000С. Щоб внутрiшнє ядро залишалося твердим, а зовнiшнє рiдким, температура в центрi землi не повинна перевищувати 4 5000С, але i не бути нижче 32000С. Є i iншi оцiнки температури в центрi Землi, що дещо розходяться з приведеними i носячи гаданий характер.
З рiдким станом зовнiшнього ядра пов'язують уявлення про природу земного магнетизму. Магнiтне поле Землi мiнливе, з року в рiк мiняється положення магнiтних полюсiв. палеомагнiтнi дослiдження характеру магнiтного поля планети у далекому минулому, заснованi на вимiрюваннях залишкової намагнiченостi земних порiд, показали, що, наприклад, протягом останнiх 80 млн. рокiв мало мiсце не тiльки змiна напруженостi поля, але i багатократне систематичне перемагнiчування, в результатi якого пiвнiчний i пiвденний магнiтнi полюси мiнялися мiсцями. В перiоди змiни полярностi наступали моменти повного зникнення магнiтного поля. Отже, земний магнетизм не може створюватися постiйним магнiтом за рахунок стацiонарної намагнiченостi ядра або якоїсь його частини. Припускають, що магнiтне поле створюється процесом, названим ефектом динамо-машини з самозбудженням. Роль ротора (рухомого елемента) динамо може грати маса рiдкого ядра, що перемiщається при обертаннi Землi навкруги своєї осi, а система збудження утворюється струмами, що створюють замкнутi петлi усерединi сфери ядра.
Густина i хiмiчний склад мантiї, за даними сейсмiчних хвиль, рiзко вiдрiзняються вiд вiдповiдних характеристик ядра. Мантiю утворюють рiзнi силiкати (з'єднання, в основi яких кремнiй). Передбачається, що склад нижньої мантiї подiбний складу кам'яних метеоритiв, хондритiв.
Верхня мантiя безпосередньо пов'язана з самим зовнiшнiм шаром – корою. Вона вважається кухнею, де готуються багато складаючих кору порiд i їх напiвфабрикати. Вважають, що верхня мантiя складається з оливина (60%), пiроксена (30%) i польового шпату (10%). В певних зонах цього шару вiдбувається часткове плавлення мiнералiв, i утворюються лужнi базальти – основа океанiчної кори. Через рифтовi розломи середньоокеанiчних хребтiв базальти поступають з мантiї на поверхню Землi. Але цим не обмежується взаємодiя кори i мантiї. Крихка кора, що має високий степiнь жорсткостi, разом з частиною пiдстилаючої мантiї утворює особливий шар завтовшки близько 100 км, званий лiтосферою. Цей шар спирається на верхню мантiю, густина якої помiтно вище. Верхня мантiя володiє особливiстю, що визначає характер її взаємодiї з лiтосферою: по вiдношенню до короткочасних навантажень вона поводиться як жорсткий матерiал, а по вiдношенню до тривалих навантажень – як пластичний. Лiтосфера створює постiйне навантаження на верхню мантiю i пiд її тиском пiдстилаючий шар, званий астеносферою, проявляє пластичнi властивостi, лiтосфера "плаває" в ньому. Такий ефект називають iзостазiєю.
Астеносфера у свою чергу спирається на бiльш глибокi шари мантiї, густина i в'язкiсть яких зростають з глибиною. Причина цього – здавлення порiд, що викликає структурну перебудову деяких хiмiчних з'єднань. Силiкати, складовi такiй модифiкацiї кремнiю, мають дуже компактну структуру, вони переважають в нижнiй мантiї. В цiлому ж лiтосфера, астеносфера i решта мантiї можуть розглядатися як тришарова система, кожна з частин якої рухома щодо iнших компонентiв. Особливою рухливiстю вiдрiзняється легка лiтосфера, що спирається на не дуже в'язку i пластичну астеносферу.
Земна кора, що створює верхню частину лiтосфери, в основному складається з восьми хiмiчних елементiв: кисень, кремнiй, алюмiнiй, залiзо, кальцiй, магнiй, натрiй i калiй. Половина всiєї маси кори доводиться на кисень, який мiститься в нiй в зв'язаних станах, в основному у виглядi оксидiв металiв. Геологiчнi особливостi кори визначаються сумiсними дiями на неї атмосфери, гiдросфери i бiосфери – цих трьох самих зовнiшнiх оболонок планети. Склад кори i зовнiшнiх оболонок безперервно обновляється, що iлюструватимуться такi данi. Завдяки вивiтрюванню i зносу речовина континентальної поверхнi повнiстю обновляється за 80-100 млн. рокiв. Спад речовини континентiв заповнюється вiковими пiднятими їх корами. Життєдiяльнiсть бактерiй, рослин i тварин супроводжується повною змiною вуглекислоти, що мiститься в атмосферi, за 6-7 рокiв, кисню – за 4000 рокiв. Вся маса води гiдросфери (1,4*1018 т) цiлком обновляється за 10 млн. рокiв. Ще бiльш фундаментальний круговорот речовини поверхнi планети протiкає в процесах, що зв'язують всi внутрiшнi оболонки в єдину систему.
Існують стацiонарнi вертикальнi потоки, званi мантiйними струменями, вони пiдiймаються з нижньої мантiї у верхню i доставляють туди бiльш гарячу речовину. До явищ тiєї ж природи вiдносять всерединi плитовi "гарячi поля", з яким, зокрема, пов'язують найкрупнiшi аномалiї у формi земного геоїда. В таких мiсцях спостерiгаються пiдняття поверхнi океану на 50-70 м вiд строгої лiнiї геоїда. Отже спосiб життя земних надр надзвичайно складний. Вiдхилення вiд мобiлистських положень не пiдривають iдею тектонiчних плит i горизонтальних їх рухiв. Але не виключено, що в недалекому майбутньому з'явиться бiльш загальна теорiя планети, що враховує горизонтальнi рухи плит i незамкнутi вертикальнi перенесення гарячої речовини в мантiї.
Самi верхнi оболонки Землi – гiдросфера i атмосфера – помiтно вiдрiзняються вiд iнших оболонок, створюючих тверде тiло планети. По масi це зовсiм незначна частина земної кулi, не бiльш 0,025% всiєї його маси. Але значення цих оболонок в життi планети величезне. Гiдросфера i атмосфера виникли на раннiй стадiї формування планети, а може бути, одночасно з її формуванням. Немає сумнiвiв, що океан i атмосфера iснували 3,8 млрд. рокiв тому.
Землi, потiм воно дуже швидко приєднало речовину, що стала згодом мантiєю. А коли Земля досягла приблизно розмiрiв марса, почався перiод її бомбардування планетозималiями. Удари супроводжувалися сильним локальним розiгрiванням i плавленням земних порiд i планетозималiй. При цьому видiлялися гази i пари води, що мiстилися в породах. А оскiльки середня температура поверхнi планети залишалася низкою, пари води конденсувалися, утворюючи гiдросферу, що росте. В цих зiткненнях Земля втрачала водень i гелiй, але зберiгала важчi гази. Вмiст iзотопiв iнертних газiв в сучаснiй атмосферi дозволяє судити про джерело, їх породжувач. Це iзотопний склад узгоджується з гiпотезою про ударне походження газiв i води, але суперечить гiпотезi про процес поступової дегазацiї земних надр як джерелi утворення гiдросфери i атмосфери. Океан i атмосфера, безумовно, iснували не тiльки протягом всiєї iсторiї Землi як планети, що сформувалася, але i протягом основної фази аккрецiї, коли протоземля мала розмiри марса.
Ідея ударної дегазацiї, що розглядається як основний механiзм утворення гiдросфери i атмосфери, одержує все бiльше визнання. Лабораторними експериментами пiдтверджувалася здатнiсть ударних процесiв видiляти iз земних порiд помiтнi кiлькостi газiв, у тому числi i молекулярного кисню. А це означає, що деяка кiлькiсть кисню була присутня в атмосферi Землi ще до того, як виникла на нiй бiосфера. Ідеї абiогенного походження деякої частини атмосферного кисню висувалися i iншими ученими.
Висновок
Обидвi зовнiшнi оболонки - гiдросфера i атмосфера – щiльно взаємодiють один з одним i з рештою оболонок Землi, особливо з лiтосферою. На них надають пряму дiю Сонце i Космос. Кожна з цих оболонок є вiдкритою системою, що володiє певною автономiєю i своїми внутрiшнiми законами розвитку. Всi, хто вивчає повiтряний або водний океани, переконано, що об'єкти дослiдження знаходять дивну тонкiсть органiзацiї, здатнiсть до саме регуляцiї. Але при цьому жодна iз земних систем не випадає iз загального ансамблю, i їх сумiсне iснування демонструє не просто суму частин, а нову якiсть.
Серед спiвтовариства оболонок Землi особливе мiсце займає бiосфера. Вона захоплює верхнiй шар лiтосфери, майже всю гiдросферу i нижнi шари атмосфери. Термiн "бiосфера" ввiв в науку в 1875 р. австрiйський геолог Э. Зюсс (1831-1914). Пiд бiосферою розумiлася сукупнiсть заселяючої поверхню планети живої матерiї разом з середовищем незаселеного. Нове значення цьому поняттю додало В.І. Вернадський, розглядаючий бiосферу як системну освiту, як геологiчну оболонку Землi. Значущiсть цiєї системи виходить за межi чисто земного свiту, вона є ланкою космiчного масштабу.
|
