- •Концепции современного естествознания
- •Задачи курса - сформировать у студентов:
- •Ключевые слова содержания дисциплины «Концепции современного естествознания», в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования
- •Глава 1 Естествознание. История развития естественных наук
- •1.1.Естествознание. Методы исследований
- •1.2.Философские концепции в развитии естественных наук
- •1.3.История развития естественных наук
- •1.3.1. Подготовительный период
- •1.3.2. Механистический период
- •1.3.3. Новое время
- •1.3.4. Новейшее время
- •Тестовые задания к главе 1
- •Глава 2 Теории о строении материи
- •2.1. Механистическая теория
- •1. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым.
- •5. Действие и сигналы могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.
- •2.2. Электромагнитная теория
- •2.3. Электронная (атомно-молекулярная) теория
- •2.4. Физическая (квантово-полевая) теория
- •Тестовые задания к главе 2.
- •Глава 3 Законы развития материального мира
- •3.1. Законы диалектики
- •3.2. Категории диалектики
- •1. Единичное и общее
- •2. Причина и следствие
- •3. Необходимость и случайность
- •4. Возможность и действительность
- •5. Содержание и форма
- •6. Сущность и явление
- •7. Самоорганизация
- •8. Состояние
- •9. Взаимодействие
- •10. Близкодействие и дальнодействие
- •11. Принцип относительности
- •12. Принцип инвариантности
- •13. Принципы симметрии
- •14. Принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности
- •15.Принцип системной целостности
- •Тестовые задания к главе 3.
- •Глава 4 системнАя организациЯ и законы энергии материального мира
- •4.1. Формы существования материи
- •Системный подход к изучению материи
- •Современное естествознание о микро-, макро- и мегамирах
- •Структурная организация микромира
- •4.3. Законы взаимопревращения различных видов энергии материального мира
- •Законы сохранения энергии в макроскопических процессах
- •Принципы возрастания энтропии. Термодинамические законы
- •Химические процессы. Реактивная способность веществ
- •Тестовые задания к главе 4
- •Глава 5 эволюция вселенной
- •5.1. Метагалактика. Галактика. Солнце
- •5.2. Происхождение Солнечной системы
- •Тестовые задания к главе 5
- •Глава 6 эволюция земли. Биосфера
- •6.1. Основные этапы истории развития Земли
- •Этапы эволюционного развития Земли Образование основных оболочек Земли
- •Зарождение жизни
- •6.2. Биосфера Земли Характеристика и состав биосферы
- •В.И. Вернадский о биосфере и «живом веществе»
- •Биогенная миграция химических элементов
- •Развитие органического мира
- •Появление многоклеточных организмов
- •6.3. Антропогенез. Эволюция мозга и развитие сознания
- •Этапы развития человека
- •Развитие сознания
- •Психика человека
- •Психика животных
- •2. Стадия перцептивной психики
- •3. Стадия интеллекта
- •Эволюция психической деятельности человека
- •Строение и функции нервной системы человека
- •Варианты психической деятельности человека
- •Тестовые задания к главе 6
- •Глава 7 циклы и Ритмы Вселенной и их влияние на эволюцию земли
- •7.1. Ритмы Галактики
- •7.2. Ритмы Солнца
- •7.3. Влияние ритмов Галактики и Солнца на геофизические процессы Земли
- •Тестовые задания к главе 7.
- •Глава 8 колебания климата земли
- •8.1. Причины колебаний климата Земли
- •1. Астрономические факторы (положение Земли в космическом пространстве).
- •8.2. Палеоклиматическая реконструкция климата Земли
- •8.3. Моделирование климата Земли за 3,5 млрд. Лет и долгосрочный прогноз его изменчивости
- •Моделирование процесса динамики температурного режима земной поверхности за 3,5 млрд. Лет
- •Реконструкция температурных аномалий за 3,5 млрд. Лет до н.В. И прогноз на 1 млрд. Лет вперед
- •Реконструкция температурных аномалий
- •Реконструкция температурных аномалий за 100 тыс. Лет до н.В. И прогноз на 100 тыс. Лет вперед
- •Реконструкция температурных аномалий за 8 тыс. Лет до н.В. И прогноз на 12 тыс. Лет вперед
- •Атлантический период отмечен значительным сдвигом природных зон умеренных широт в северном направлении. Судя по палеотемпературной реконструкции, он продолжался 1300 лет (от 6800 до 5500 лет назад).
- •Тестовые задания к главе 8.
- •Глава 9
- •9.1. Антропогенные воздействия на микроклимат сельской местности
- •9.2. Антропогенные воздействия на микроклимат города
- •9.3. Антропогенное воздействие на глобальный климат планеты
- •Глава 10 Законы естествознания
- •10.1. Законы существования материального мира
- •10.2. Законы системной целостности
- •10.3. Законы внутреннего развития систем
- •39. Закон согласования строения (функции) частей подсистемы.
- •10.4. Законы термодинамики систем
- •10.5. Законы иерархии систем
- •51. Периодический закон химических элементов д.И.Менделеева
- •10.6. Законы «система-среда»
- •Сверлова Любовь Ивановна доктор географических наук, профессор Концепции современного естествознания
- •680042, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 134, хгаэп, риц
Тестовые задания к главе 6
1. Какая из стадий образования Земли готовила основу для возникновения жизни:
1) стадия уплотнения и разогрева газово-пылевого облака;
2) стадия дифференциации вещества и постепенного охлаждения;
3) стадия образования оболочек – литосферы, гидросферы, атмосферы.
2. В каких процессах возникновения жизни на Земле наиболее ярко проявилось влияние солнечной энергии:
1) образование коацервантов в водах Земной гидросферы;
2) полимеризация веществ – сахаридов, кислот жирного ряда, липоидов, аминокислот и др.;
3) биогенный фотосинтез.
3. Появление человека связано в первую очередь с развитием:
1) сознания;
2) речи;
3) способности адаптации к изменяющимся условиям среды.
4. На каком этапе эволюции живых организмов отмечается наибольшее ускорение развития форм:
1) наземных животных и растений – 500 млн. лет;
2) приматов 15-12 млн. лет;
3) птиц и млекопитающих-100 млн. лет.
5. Какие процессы являются главными в работе головного мозга:
1) возбуждение и торможение;
2) иррадиация и концентрация;
3) фиксация и отражение.
Глава 7 циклы и Ритмы Вселенной и их влияние на эволюцию земли
Ритмы и циклы Вселенной в иерархической последовательности: Галактика – (созвездие Стрелец) – Солнце – Земля и их влияние на геофизические процессы. Ритмы Галактики. Ритмы Солнца. Ритмы Земли. Эволюция географической оболочки Земли. Вариации скорости вращения, прецессия и эклиптика Земли.
Цикл – это совокупность явлений, процессов, составляющих кругооборот в течение определенного промежутка времени. Под ритмом понимается чередование каких-либо элементов, процессов, происходящих с определенной последовательностью и частотой. Изучение цикличности и ритмичности в природных процессах, их проявление в окружающей нас географической среде и закономерности позволяют предвидеть изменение этой среды в будущем. Ритмичность – одно из наиболее ярких и широко распространенных явлений, присущих природной среде. Начиная с суток, через сезоны года, через десятилетия и столетия к тысячелетиям и миллионам лет ритмы, как четкие периоды циклов, неизменно сопровождают развитие земной оболочки. Ритмы свойственны как явлениям неорганической природы, так и явлениям биологическим. Причем ритмичность последних зависит от первых и неразрывно с ними связана.
7.1. Ритмы Галактики
Изучением циклов и ритмов Вселенной занимались многие ученые еще с глубокой древности. На этапах познания их привлекали внимание суточные, сезонные, годовые и многолетние ритмы. Непосредственную причину этих ритмов они видели в Солнце. Постепенно появился интерес к Луне и ее фазам, от которых зависели затмения. Так, уже у древних халдеев были известны периоды «большой» и «малый» Сарос (первый – длительностью 18-19 лет, второй – 9-10 лет), игравшие в их религиозных обрядах, а через них и в жизненном укладе большую роль.
Условия обращения Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли формируют закономерности взаимного положения этих трех небесных тел и большинство природных ритмов Земли. Они приводят к периодической изменчивости в условиях облучения Земли солнечной радиацией и интенсивности приливообразующих сил, что, в свою очередь, влияет на состояние всех элементов географической среды.
Ритмы изменчивости параметров взаимного положения Земли, Солнца и Луны по своему происхождению обладают свойствами «периодов», т.е. возникают в весьма точных пределах времени и каждый – в пределах одной амплитуды по мощности его воздействия на Землю. Они определяют условия охлаждения и потепления высоких широт земного шара, с чем, в свою очередь, связаны некоторые ритмы развития оледенения, а также крупные климатические колебания.
Другой фактор возникновения ритмических природных процессов – это солнечная активность, приводящая к изменению мощности колебаний коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. Один из хорошо известных и изученных циклов солнечной активности – 11-летний, амплитуда которого колеблется от 7-14 лет. Циклы и ритмы, возникающие и повторяющиеся в виде некоторых временных волн, ритмично влияют на биосферу. От них зависит периодичность землетрясений, вулканических извержений, изменений климата. Климатические волны, с которыми связано потепление и похолодание в течение ряда лет, приводили то к пересыханию рек и озер, то к наводнениям. В биологическом мире ритмический характер климата проявлялся в изменении ландшафтов. По мере развития цивилизации и повышения уровня знаний человек обращал все большее внимание на ритмичность природных явлений, стремясь научиться их предвидеть и предотвратить неблагоприятные последствия.
Большой вклад в изучение цикличности природных явлений внесли работы крупных советских ученых геофизиков А.В. Шнитникова, А.А. Гангнуса, Д.В. Наливайкина, М.В. Стовас и других, которые систематизировали ритмические процессы и делали попытки объединения их в единую систему галактической среды.
Наша Галактика – скопление звезд и газовых туманностей спиралеобразного вида, в одном из рукавов которого вращается Солнце, как рядовая желтая звезда. Галактика имеет форму диска с утолщением по центру с диаметром диска около 3х104 парсек: она находится в постоянном вращательном движении (рис. 7.1.1).
Рис. 7.1.1. Структура Галактики.
(+, -) –магнитное поле Галактики
а, б – продольная и поперечная структура Галактики
В
Рис.
7.1.2. Путь Солнечной системы вокруг
центра Галактики от апогалактия (пройден
76 млн. лет назад) до перигалактия. В
настоящее время Солнце движется к
перигалактию (наступит через 12 млн.
лет), со скоростью - 247 км/с.
Галактика – колоссальная звездная система. В ней существует поток космических лучей, направленных из густо заселенного звездами центра к краям вдоль магнитных силовых линий в открытый космос. На этом пути поток галактических космических лучей, следуя магнитным силовым линиям Галактики неизбежно проходит через Солнечную систему и возвращается обратно, при этом частично передавая другим галактикам свою энергию в открытом космосе.
По данным известного российского астронома П.П. Паренаго, галактический год длится 212 млн. лет, однако геологов больше интересует другой период – 176 миллионов лет. Дело в том, что орбита Солнца (эллиптическая, с перигалактием – моментом наибольшего сближения Солнца с центром Галактики и апогалактием – моментом максимального удаления) оказалась весьма непростой. Сама плоскость этой орбиты как бы вращается навстречу движению Солнца. Из-за этого, покинув перигалактий, Солнце придет в него снова не через полный галактический год, а раньше – через 176 млн. лет (рис. 7.1.2).
Итак, раз в 176 миллионов лет Солнце вместе со всей своей планетной семьей приближается к центру Галактики, проходит через пространство, более насыщенное звездами, межзвездной материей, магнитными полями, космическими лучами. Таким образом, Солнце подвергается волновым импульсам воздействия галактической плазмы, исходящей из галактического ядра, и вращающихся газово-пылевых облаков межзвездной материи. Это регулирует солнечную активность, и, соответственно, проявляется в виде геомагнитных возмущений, в геофизических, гидродинамических и биофизических процессах атмосферы над северным и южным полушариями и изменениях климата в целом.
Очередное максимальное (хотя и не такое уж близкое) сближение Солнца с центром Галактики наступит через 12 млн. лет (рис. 7.1.2.). Это значит, что через 12 млн. лет Солнце окажется под более сильными пульсирующими потоками галактической плазмы. К такому состоянию оно будет идти постепенно в течение 10 млн. лет.
Солнце, погружаясь в моменты перигалакгиев в самую гущу нашей звездной системы, попадёт в гораздо более мощные поля электромагнитных сил и сил тяготения, чем те, которые воздействовали на него в дальних частях орбиты.
Близость Солнца к галактическому ядру усилит приливные воздействия непосредственно на планеты. Сейчас Земля обращена к центру южным своим полушарием. И именно в южном полушарии Земли находится самый высокий её материк – Антарктида. Через четверть галактического года центр Галактики будет над экватором Земли. Его приливная сила будет то складываться с приливными силами Луны или Солнца, то вычитаться из них. Пройдет еще один галактический сезон – и центр Галактики окажется над северным полушарием Земли.
Фигура Земли вынуждена будет подстраиваться к изменяющимся условиям каждую четверть галактического года, то есть каждые 40–50 млн. лет. Именно с этими циклами связаны отдельные фазы большого горообразовательного процесса и изменения климата Земли.
Плоскость орбиты Солнца не совпадает с плоскостью Галактики. Значит, только дважды в галактический год Солнце попадает точно на эту плоскость. Это очень важно, ибо Галактика – очень плоское образование, вроде блина, и, чуть-чуть удаляясь от этой плоскости Солнце довольно резко меняет среду обитания, звездная плотность колеблется, поэтому в ритмах влияния Галактики на земные процессы следует учитывать и периоды, равные половине галактического года (80-100 млн. лет).
Главная часть космических лучей приходит к нам из галактического ядра (созвездие «Стрелец»). Некоторые частицы, самые энергичные, – метагалактического происхождения. В максимумы солнечной активности Солнце после мощных хромосферных вспышек наводняет всю планетную систему своими собственными, малоэнергичными, но изобильными космическими лучами. Околосолнечный космос становится опасно радиоактивным для космонавтов. Поэтому вспышки – это серьезная угроза межпланетному сообщению.
Но все ли вспышки одинаково опасны? Если бы это было так, то в годы максимума одиннадцатилетнего ритма солнечной деятельности космос был бы просто закрыт для всяких полетов. Годы тщательных наблюдений на десятках космостанций планеты показали, что особо опасные потоки солнечных космических лучей приходят в окрестности нашей планеты только в одном случае, если вспышка произошла в западной части солнечного диска.
Силовая линия Солнце – Земля всегда начинается на западном краю светила и подходит к планете, изогнувшись в пространстве плавной дугой.
И сейчас, зная все это, ученые безошибочно могут предсказать, насколько опасна та или иная вспышка для космонавта. Большое значение имеет 18-часовая вариация потока космических лучей. Стройная картина магнитной солнечной короны со спиралями силовых линий соответствует реальному околосолнечному пространству (рис. 7.1.3).
Солнечный ветер – поток заряженных частиц от Солнца вместе с «пузырьками» – дефектами, нарушениями регулярного, однородного магнитного поля дует то ровно, то порывами от Солнца в период появления солнечных вспышек, стремясь при этом двигаться не по спирали, а напрямик, по радиусу.
Рис. 7.1.3. Секторная структура межпланетного магнитного поля (ММП). Выделено 4 сектора с различным направлением ММП, показанным стрелками. Маленькой стрелкой показано направление вращения Солнца.
Солнечный ветер выдувает галактические космические лучи, оттесняя их на задворки планетной системы тем дальше, чем он сильнее. Но вот его напор ослабевает, и упругая граница между ослабевшим солнечным ветром и напирающим галактическим фоном космического излучения начинает возвращаться к Солнцу. Возникает сравнительно медленный поток космических лучей. Он, медлительный и неуверенный, уже обязательно течет вдоль магнитных силовых линий солнечного магнита.
Поскольку магнитные силовые линии имеют спиральный вид, галактические космические лучи идут к Солнцу не прямо, а под углом, причем этот поток можно разложить на две составляющие.
Образование вспышечной ударной волны представлено на рисунке (рис. 7.1.4.).
О
Рис. 7.1.4. Образование
вспышечной ударной волны
Космические лучи, представляющие собой потоки электрически заряженных высокоэнергичных частиц, разгоняются до скоростей, близких к скорости света, и приобретают огромную энергию в гравитационных и магнитных волнах. Вращаясь вокруг галактического ядра, звезды оказываются то в положительном, то в отрицательном знаке межзвездного магнитного поля Галактики. Это приводит к инверсии магнитных полей звезд и формирует в них ритмическую цикличность в излучении.