74

б) развитие теории пространства и времени – соединение пространства и времени в единую форму существования и установление конкретной зависимости структуры пространства и времени от распределения движения материи;

в) установление внутренней связи единства ряда сторон материального мира; г) связь массы и энергии и взаимную обусловленность законов поля тяготения и

движения тел; д) конкретизация и углубление представлений о неразрывности пространства,

времени и движения материи.

У советских ученых-физиков о теории относительности выработалась другая точка зрения, которая существенно отличается от теории Эйнштейна. Геометрические свойства реального физического пространства и времени гораздо более сложны, чем это предполагалось Эйнштейном. Математическим отображением этих свойств является не геометрия Эвклида, которую использовал Эйнштейн, а геометрия Римана. Метрика пространства и времени является евклидовой лишь при отсутствии поля тяготения, наличие же поля тяготения приводит к отклонению метрики от эвклидовой.

Характер метрики неразрывно связан с распределением тяготеющих масс и их движением. Связь эта взаимная. С одной стороны, отклонение метрики от эвклидовой обусловлена наличием тяготеющих масс, с другой стороны – движением масс в поле тяготения – отклонением метрики от эвклидовой.

Суть этих процессов: «массы определяют метрику пространства и времени, а

метрика пространства и времени определяет их движение».

Нерасторжимое единство движения материи с пространством и временем состоит в том, что при движении материи ни пространство, ни время изолировано существовать друг без друга не могут.

В иерархии структурных уровней материи (мега-, макро- и микромиров) каждому уровню свойственны только ему присущие критерии движения, пространства и времени.

Расширение наших знаний о формах и движении материи позволяет решать вопросы о временной эволюции материального мира. Материя, находясь в постоянном движении, в процессе эволюции переходит из одного качественного состояния в другое, что, соответственно, делает неизбежным изменение ее пространственновременной структуры.

5.2. Структурные уровни организации материального мира

Под «материей» понимается вещество, субстрат, субстанция, содержание, существующие вне нас и независимо от нашего сознания.

По структуре материю разделяют на три основные сферы: неживую, живую и социально-организованную. Неживая материя – это все объекты неорганической природы – от микрочастиц до космических систем во всё возрастающих масштабах бесконечной Вселенной. Живая материя – это всё множество объектов, обладающих способностью к сложным формам отражения, воспроизводству и размножению.

Социально-организованная материя – это все общественные системы

(политическая, экономическая, образовательная, социальная и др.): от человека до общества в целом. Выделение трех указанных важнейших форм материи отражает её историческое развитие во времени, а также степень сложности структуры, связей и форм движения различных систем. Степень сложности возрастает с переходом от неживой материи к живой.

75

В структурной организации материи выделяют следующие признаки:

-специфические законы движения и взаимодействия объектов;

-совокупность основных свойств, по которым объекты качественно различаются между собой;

-пространственно-временные масштабы;

-степень относительной сложности, возникшей в процессе исторического развития.

В соответствии с этими признаками можно выделить в неживой природе следующие уровни: элементарные частицы и атомные ядра; атомы и молекулы; макроскопические тела; космические системы различного порядка.

В живой природе можно выделить молекулярный уровень жизни, уровень микроорганизмов, клеточный уровень, уровни организмов, видов, биоценозов и всей биосферы.

В социально-организованной материи можно выделить также уровни: человек (индивидуум), семья, производственный коллектив, социальные группы, классы, государства, формации и общество в целом.

Все виды материи в микромире обладают сложными внутренними связями, структурой, способностью к изменениям и переходам из одних состояний в другие.

Понятие системы органически связано с понятием целостности. Для природной системы характерно не только наличие связей и отношений между образующими ее элементами, но и неразрывное единство со средой.

Система (в переводе с греч. – составленное из частей) – это совокупность элементов, находящихся между собой в отношениях и связях, образующих определенную целостность. Понятие «система» имеет длинную историю. Аристотель подчеркивал, что система – это не только материальная сторона мира, но и социальной действительности. Дальнейшее развитие системность получила в трудах Шеллинга и Гегеля. В XVII-XIX веках в различных специальных науках исследовались определенные типы систем (астрономические, физические, химические, механические

ит.д.). Марксизм сформулировал философские и методологические основы научного познания целостных развивающихся биосистем.

Любая система может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка, в то время как элементы данной системы могут выступать как элементы системы более низкого порядка.

Расположение систем ступенчатым порядком, где каждый низкий уровень является частью систем более высокого уровня, называется иерархией. Иерархичность характерна в целом для всех природных систем.

Парадигма (в переводе с греч., буквально – пример, образец) – это образец программ теоретических и методологических разработок, которые используются для проведения конкретных научных исследований. Парадигма является моделью, образцом для решения практических задач. В настоящее время системная парадигма доминирует в современной науке.

Основой существования системы является закономерность: «Связи в системах взаимодействия между элементами внутри должны быть сильнее, чем с внешними по отношению к системе идентичными элементами». В каждой системе имеются морфологические границы и функциональные особенности, которые по ходу развития системы могут не только усложняться, но и упрощаться, не только развиваться, но и деградировать. Изменения чаще всего обусловлены деградацией внутреннего развития системы.

Между частями системы, ее элементами складываются внутренние связи. Эти связи раскрывают внутренние процессы, определяющие специфику данной системы, ее

76

качественное своеобразие. Внутренние противоречия выступают источником развития данной системы, определяя ее сущность. Они получили свое выражение в основных законах развития систем.

Понятие «элемент» означает минимальный, входящий в систему. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе. Вместе с тем он сам может представлять сложную систему. Совокупность связей между элементами образуют структуру системы.

Всистемной иерархии существуют два доминирующих типа связи между элементами в системе – по горизонтали и по вертикали.

Связи «по горизонтали» – это связи в координации между одно-порядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может изменяться без того, чтобы не изменились другие ее части.

Связи «по вертикали» – это связи субординации между элементами внутри одной системы и в системной иерархии. Эти связи выражают сложное внутреннее устройство, где одни элементы по своей значимости могут подчиняться другим, более значимым. Вертикальная структура формирует уровенную организацию системы, т.е. иерархию.

Исходным пунктом любого системного исследования является изучение устойчивости, т.е. целостности систем.

Целостность систем означает, что все ее составные части, соединясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами. Все природные объекты представляют собой упорядоченные структурированные, иерархически организованные системы.

Вматериальных системах важнейшей закономерностью является принцип: «чем

меньше размеры системы, тем относительно более прочно связаны между собой ее составные элементы».

Вкосмических системах преимущественно действуют гравитационные силы. В макроскопических телах молекулах и атомах к ним добавляется более мощные электромагнитные силы, а в атомных ядрах действуют еще более мощные ядерные силы, объединяющие протоны и нейтроны. Во многих системах составляющие их элементы продолжают сохранять свои свойства.

Наряду с этими существуют системы с так называемой «интегральной целостностью», в которых все элементы настолько тесно связаны между собой, что их свойства как бы обобществляются. Если эти элементы данной системы рассматриваются вне целого, то они качественно меняются и в отдельных случаях прекращают свое существование. Таковы, например, биологические и общественные системы.

Интегральная целостность присуща и атомным ядрам, но здесь она обусловлена очень большой энергией связи между протонами и нейронами, которые в ядрах постоянно превращаются друг в друга.

Элементарные частицы – электроны, протоны, нейтроны, мезоны и др. – ведут себя как целостное образование во всех известных процессах. С увеличением энергии воздействия на них они не расщепляются, а лишь превращаются из одних видов в другие. Например, возможно возникновение пары электронов – позитронов, мезонов, нуклонов и др., причем среди рожденных частиц могут быть частицы аналогичные сталкивающимся. В мире не существует бесструктурных микрообъектов, которые представляли бы последнюю сущность материи.

77

5.3.Системный подход к изучению материи

ВXVI-XIX столетиях описание природы шло по пути изучения структурных уровней организации материи. Основу этой концепции составлял системный анализ

[81]изучаемых объектов и логически обоснованный подход к исследованиям. Системный анализ знаменовал переход от решения хорошо структурированных

проблем, когда четко был установлен состав элементов и их взаимосвязь, к слабо структурированным проблемам, когда состав элементов и их взаимосвязь были установлены частично, а причинно-следственная связь завуалирована неопределенностью, трудно переводимой на язык математики. Под структурой строения материи понимается расположение элементов в системах, обеспечивающих ее устойчивую связь и ее целостность [ 67, 104 ].

Концепция изучения структурных уровней организации материи получила свое максимальное развитие в 20-м столетии. По этой концепции все объекты живой и неживой природы можно представить в виде систем, расположенных в иерархической последовательности от элементарных частиц, представляющих первоначальный уровень организации материи, до более высоких уровней организации. В неживой материи иерархия систем прослеживается от атома до галактики и метагалактики, а в живой материи – от одноклеточного организма до многоклеточных организмов.

Михаил Васильевич Ломоносов был первым, кто обратил внимание на структурную организацию земных слоев. Им в 1763 г. была написана работа «О слоях земных».

Чарльз Лайэль в 1825 г. впервые описал некоторые геологические образования Англии и Шотландии. В этой работе он решительно выступил против господствовавшей в то время «теории катастроф». Он утверждал, что для объяснения явлений геологического прошлого Земли нет необходимости прибегать к силам и причинам иным, чем те, которые действуют на Земле и в настоящее время. Заслуга Лайэля заключалась в том, что он обобщил огромный фактический материал, накопившийся в науке к 30-м годам XIX века, и изложил его в виде стройной геологической концепции [ 80 ].

История развития системного анализа в биологии начинается с исследований по систематике животных и растений шведского естествоиспытателя Карла Линнея [45].

В1739 г. Линней завершил огромный труд ботаников и зоологов первой половины XVIII века и разработал систему классификации растительного и животного мира. В основу классификации растений Линней положил число, величину и расположение тычинок и пестиков в цветке, а также признак одно-, двуили многодомность растения, так как считал что органы размножения являются самыми существенными и постоянными частями растений. На основе этого принципа он разделил растения на 24 класса. Система классификации животного мира у Линнея заключалась в разделении всех животных на 6 классов: млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, черви и насекомые.

В1838 г. Маттиас Якоб Шлейден – немецкий биолог, профессор Иенского универсистета, один из авторов клеточной теории, впервые сформулировал системный подход к изучению живых клеток.

Чарльз Дарвин в 1836 г. разработал теорию структурной эволюции вида путем наследственной изменчивости, естественного отбора и борьбы за существование.

Вконце XIX века русский ученый Александр Петрович Карпинский, изучая закономерности геологического развития территории европейской части России, заложил основу учения о платформах, дополненную затем в трудах других русских ученых-геологов.

78

Было доказано, что платформы литосферы наряду с геосинклинальными областями, из которых они образуются, являются главными типами структур материков. Особенности развития платформ определяются многообразием явлений на протяжении всех эпох геологического развития Земли.

В1869 г. Дмитрием Ивановичем Менделеевым был открыт периодический закон химических элементов. Это открытие явилось венцом системного анализа как в живой, так и неживой природе. Д.И. Менделеев доказал, что все химические и физические свойства веществ определяются строением атома. Сходство элементов обнаруживается при одинаковом строении наружного слоя электронной оболочки атома. Внешняя оболочка атомов имеет несколько слоев. По мере увеличения заряда атомных ядер электроны начинают заполнять новые слои электронных оболочек. Они размещаются на новых энергетических уровнях в энергетической последовательности. От количества энергетических уровней зависит химический и физический состав данного элемента. Таким образом, все химические и физические свойства вещества определяются строением атома. Периодический закон Д.И. Менделеева является всеобщим законом природы.

Карл Францевич Рулье, профессор Московского университета, еще в 1852 г. задолго до разработки Ч. Дарвиным теории о происхождении видов писал: «Историческое развитие животных организмов приводит к усложнению их структурной организации путем нарастающей дифференциации функций и органов».

Всоциальной среде структуризация шла по линии развития общества от первобытнообщинного до капиталистического и социалистического в зависимости от характера развития производительных сил и производственных отношений. В общественных системах их целостность определяется общностью способа производства, территорией государства, языка, развитием торговли, системой коммуникации и обменом информацией, централизующей деятельностью государства, общностью исторических традиций, характером общественного сознания и единством целей развития [ 67, 68 ].

Висторико-научном аспекте формирование системности в развитии естественных наук осуществлялось по двум принципам, Первый принцип – синтез матрицы переменных, характеризующих данную систему. Второй принцип – изучение эволюции переменных данной системы во времени.

Форма структурной организации материи, ее свойства и законы движения качественно меняются с изменением пространственно-временных масштабов при переходе от одного уровня иерархии к другому. Многие законы макроскопических явлений неприменимы в микромире, здесь наблюдаются такие свойства и законы взаимодействия частиц, которые не проявляются в непосредственно окружающем нас, чувственно воспринимаемом мире. Все это говорит о структурной неоднородности материи и ее качественной неисчерпаемости.

Окружающий нас мир представляет собой бесконечное множество различных систем организации материи. Критерием целостности живой материи является устойчивость внутренних систем, обеспечивающих жизненные функции организма: сердечно-сосудистой, пищеварительной, нервной, мышечной и других. Критерий целостности неживой системы выражается в следующем: «Система будет целостна в том случае, если внутренняя энергия связей между составляющими её элементами материи будет больше, чем суммарная кинетическая энергия извне». Примером системной целостности может быть метагалактика – крупнейшая структура во Вселенной. В каждой метагалактике насчитывается до 10 000 галактик. Диаметр метагалактики в среднем составляет 50 Мпк. Вселенной присуща иерархическая структурность: от ядер атомов до гигантских звездных скоплений.

79

Рис. 2. Ячеистая структура Метагалактики, наблюдаемая со средних широт Земли (весна-лето).

80

Рис. 3. Ячеистая структура Метагалактики, наблюдаемая со средних широт Земли (осень-зима).

81

Согласно современным представлением для метагалактики характерна ячеистая структура. Она напоминает «паутинную сетку». Моделью может служить кусок пемзы. В масштабах звезд или звездных скоплений вещество распределено неравномерно, но в масштабах сверхскоплений галактик – практически равномерно. В больших масштабах Вселенную можно считать однородной. В метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным метагалактическим газом, пронизанным космическими лучами, который постоянно, благодаря вращению космических тел находится в непрерывном волновом движении.

На рисунках 2, 3 приводятся видимые созвездия в средних широтах Земли весной, летом, осенью и зимой. Объединение звезд в созвездия позволило произвести определенную систематизацию небесных светил для наиболее детального их изучения и дать им названия.

Тестовые задания к главе 5

1. Чем определяется форма существования материи

101)единством материи, движения, времени и пространства;

102)энергией движения материи;

103)временем и пространством.

2.Системная организация материального мира начинается с микрочастиц и простирается до макрообъектов в следующих сферах существования материи:

201) в живой и неживой;

202) социально-организованной;

203) во всех вышеперечисленных.

3.От каких показателей зависит устойчивость систем

301)крепости связи между элементами внутри системы;

302)количества элементов внутри системы;

303)внутренней иерархии системной структуры.

4. Чем меньше размеры системы тем:

401)прочнее связи между составными элементами;

402)слабее связи между элементами;

403)прочность связей не зависит о размеров системы.

5. Структурная иерархия материи зависит от:

501)перехода элементов из одного уровня в другой;

502)уровневой устойчивости элементов;

503)количества структурных уровней.

82

Глава 6 ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Современные концепции о происхождении вселенной: галактик, звезд и планет. Происхождение солнечной системы и развитие геосферных оболочек Земли. Строение Земли (ядра, мантии, земной коры - литосферы, гидросферы, атмосферы). Литосфера как абиотическая основа жизни. Экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизикохимическая.

6.1. Теории о происхождении Вселенной

Под Вселенной понимается совокупность скоплений метагалактик. Существуют две точки зрения на эволюцию Метагалактик. В основе первой точки зрения лежат теория «горячей Вселенной» и идея «большого взрыва». Эту идею развивают теологи – приверженцы учения о вере в бога и сверхъестественные силы.

Воснове второй точки зрения лежит теория «холодной Вселенной» – концепция возникновения звезд в результате сгущения облаков холодной диффузной материи, из которых постепенно формировались звезды и их скопления. Этот процесс имел место в прошлом и продолжается в настоящее время. Эту концепцию разрабатывают ученые материалисты.

Основоположником теории «горячей Вселенной» является бельгийский ученый Жорж Лемэтр (1894-1966). Опираясь на работы Канта-Лапласа, он в 1927-1931 годах предложил гипотезу, по которой Вселенная вначале пребывала в сверхплотном, горячем относительно компактном состоянии «космического яйца», в котором пребывал некий «дух», понимаемый как «космический перводвигатель». Это состояние было неустойчивым, что и привело к большому взрыву. В результате взрыва осколки будущих галактик разлетелись во все стороны. В 1946 г. американский физик Георгий Гамов предложил такую модель назвать «горячей Вселенной».

Вотличие от Лемэтра, считавшего, что в сверхплотном космическом яйце после «большого взрыва» должны были преобладать ядра нетяжелых элементов, Гамов развил концепцию «ядерной эволюции» – от легчайшего водорода к гелию и более

тяжелым элементам. Эта модель предполагает, что начальная температура внутри «космического яйца» превышала 1013 градусов по абсолютной шкале Кельвина. Плотность материи равнялась приблизительно 1093 г/см3. В подобном состоянии неизбежно должен был произойти «большой взрыв». Через 0,01 секунды после

«взрыва», плотность материи упала до 1010 г/см3. Через 3 минуты после «взрыва» из нуклонов стала образовываться смесь легких ядер, состоящих из 2/3 водорода и 1/3 гелия. В первые 8 секунд во Вселенной существовала в основном смесь электронов и позитронов. Между частицами происходили непрерывные столкновения. В результате чего возникли пары фотонов. Процессы микроэволюции Вселенной продолжались более 100 млрд. лет, что привело к образованию молекул, и появились предпосылки для образования макроэволюции Вселенной. Процессы самоорганизации и саморазвития хаосогенных структур привели к образованию звезд и звездных скоплений.

Эта гипотеза не была поддержана учеными материалистами. Во-первых, не была установлена точка большого взрыва, ее расположение абстрактно. Во-вторых, «реликтовое» излучение, на которое они опираются в качестве доказательства своей

83

гипотезы, имеет очень низкую температуру, всего 2,7 градусов Кельвина, что не является значимым аргументом в пользу большого взрыва и изначально «горячей Вселенной».

Материалистический подход к происхождению и эволюции Вселенной отвергает гипотезу «горячей Вселенной» и роль божественных сил, приводящих к большим взрывам. Ученые-материалисты еще в XIX веке (Ф.А. Бредихин, В.И. Вернадский и др.) развивали теорию о происхождении Вселенной из «холодной» газово-пылевой материи. Идея о возникновении звездной материи из холодных газово-пылевых облаков приобрела все большее значение после утверждения теории Отто Юрьевича Шмидта об образовании Земли и других планет солнечной системы (1944г.).

Астрофизические наблюдения показали, что в метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным холодным газом, пронизанным космическими лучами. Эти лучи осуществляют функцию взаимодействия между галактиками, звездами и планетами. Все пространство метагалактики заполнено гравитационными и электромагнитными полями из невидимых масс вещества, преимущественно состоящих из нейтрино.

В 1929 году американский астроном Э. Хаббл открыл явление, которое называется «красным смещением». Он заметил, что линии в спектрах подавляющего большинства галактик смещены к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше от него находится галактика. Найденная закономерность позволила ученым прийти к выводу о том, что расстояние между нашей Галактикой и другими галактиками непрерывно увеличивается. По красному смещению определены скорости удаления галактик. Самыми большими скоростями, превышающими 250км/сек, обладают некоторые квазары, наиболее удаленные от нас объекты Метагалактики. Не исключено, что в далеком будущем расширение Метагалактики может смениться сжатием.

С научной точки зрения (вопреки теории «горячей Вселенной») на ранних этапах эволюции во Вселенной не было ни галактик, ни их скоплений. Была только космическая плазма, состоящая из дейтерия, лития, бериллия, бора, водорода и гелия (В.А. Амбарцумян, 1958 г.). Процесс эволюции Вселенной сопровождался непрерывным усложнением, развитием и гравитационной неустойчивостью. Суть «гравитационной неустойчивости» состоит в том, что материя не может быть распространена в большом объеме с постоянной плотностью. Это связано с существующими силами тяготения и электромагнитными возмущениями. Поэтому первоначально однородная плазма распадалась на огромные туманности, из которых впоследствии образовались скопления галактик. В скоплениях галактик возникали звезды.

На некотором этапе сжатия и разогрева газово-пылевых облаков, происходящих под влиянием гравитационной и электромагнитной энергий, а также центростремительных и центробежных сил, развивающихся в процессе вращения, когда температура в центральной области превышала миллион градусов, возникали термоядерные реакции. Горючим служил вначале дейтерий, потом литий, бериллий, бор и, наконец, после длительного повышения температуры до 12 млн. градусов – водород, самый распространенный элемент в космосе. После достижения температуры в ядре 12 млн. градусов сжатие звездной массы практически прекращалось. Звезда приходила в равновесное состояние. Так рождались в прошлом и рождаются в настоящее время звезды. Большинство звезд, наблюдаемых нами, излучают энергию за счет превращения водорода в гелий. Этот путь длится миллиарды лет и сопровождается выбросом энергии в окружающую межзвездную среду. Каждый элемент вещества в системе звезды находится в равновесном состоянии под действием противоположно

84

направленных сил. С одной стороны, силы гравитации, с другой – газового давления. Такое равновесие называют гидростатическим.

Эволюция звезд

В звездах совершается постоянный перенос энергии из внутренних слоев во внешние. Известны три основных источника переноса энергии: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Наибольшее значение имеют лучеиспускание и конвекция. Поток излучения прямо пропорционально зависит от прозрачности звезды. Чем больше прозрачность, тем больше поток излучения. При высокой температуре и достаточно высокой плотности вещества недра звезды наполнены огромным количеством излучения. Кванты этого излучения непрерывно взаимодействуют с веществом недр звезд. Вещество поглощает кванты и вновь излучает их. В результате таких процессов поле излучения приобретает равновесный характер [ 98 ].

Эволюция звезд связана с последовательным прохождением трех стадий: 1) сжатия протопланетного вещества; 2) стационарного развития; 3) гелиевого ядра. Стадия сжатия звезд, масса которых значительно больше массы Солнца, продолжается сотни тысяч лет. А звезды, масса которых меньше солнечной, сжимаются сотни миллионов лет. Чем больше масса звезды, тем при более высокой температуре достигается равновесие, поэтому у массивных звезд самая большая светимость.

Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постепенным выгоранием водорода. В стационарной стадии звезда проводит большую часть своей жизни. Время пребывания звезды в стационарной стадии прямо пропорционально массе звезды (т.к. от этого зависит запас ядерного горючего) и обратно пропорционально светимости, которая определяет темп расхода ядреного горючего. Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. После этого водород будет превращаться в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Отсутствие источников энергии в ядре будет способствовать постепенному сжиманию и еще большему разогреванию звезды. Когда температура внутри звезды превысит 1,5 х 107 градусов Кельвина, гелий начинает превращаться углерод с последующим образованием все более тяжелых химических элементов. Как показывают расчеты астрофизиков, светимость и размеры звезды будут возрастать. В результате обычная звезда постепенно превратится в «красного гиганта» или «сверхгиганта». Многие звезды на этой стадии пульсируют долгое время [ 3 ].

Заключительный этап жизни звезды – внешние слои звезд постепенно расширяются и, в конце концов, совсем покидают ядро звезды. На месте гиганта остается маленький горячий «белый карлик». «Белых карликов» много. Они постепенно остывают и становятся потухшими звездами. Энергия, отданная звездой в межзвездную среду, становится источником для формирования новых звезд.

6.2. Происхождение Солнечной системы

Эволюция Солнца, по мнению большинства современных астрофизиков, осуществляется за счет так называемого «протон-протонного» цикла ядерных реакций. Этот цикл состоит из трех этапов.

Этап первый – водород превращается в дейтерий с выделением позитронов и нейтрино (позитрон – это частица, по массе равная электрону, но имеющая

85

положительный заряд, а нейтрино-электрически нейтральная частица, очень малой массы).

Второй этап – дейтерий при взаимодействии с водородом превращается в изотоп гелия. Этот процесс сопровождается гамма-излучением – электромагнитным излучением с очень малой длиной волны.

Третий этап – изотопы гелия превращаются в атом гелия и два атома водорода. В ходе ядерных реакций водород превращается в гелий. При синтезе ядер гелия происходит излучение. Таким образом, Солнце светит и непрерывно уменьшается в массе. Каждую секунду Солнце превращает в излучение 4 млрд. тонн своего вещества. В простейшей плазме, состоящей из водорода и гелия, постепенно возникло огромное многообразие химических элементов, приведенных в периодической системе Менделеева. На данном этапе запасы вещества Солнца так велики, что термоядерные реакции могут обеспечить его свечение на 150 млрд. лет. Расчеты показывают, что через 150 млрд. лет ядро Солнца начнет сжиматься и уменьшится в 100 раз. Остальное вещество Солнца образует расширяющуюся и постепенно охлаждающуюся атмосферу, которая будет окутывать сжавшееся ядро. Солнце превратится в «красный гигант». За несколько десятков тысяч лет оболочка этого гиганта пройдет через орбиту Земли и других планет и рассеется в межзвездном пространстве. На месте же теперешнего Солнца останется сжавшееся ядро, т.е. «белый карлик». Во время всех этих метаморфоз температура на нашей планете возрастет до 1 000 С, а затем постепенно уменьшится до абсолютного нуля (-273 С). Такая судьба ожидает Солнце и Землю. Следует отметить, что Солнце не только излучает, но и поглощает энергию других звезд Галактики, что делает систему звезды более устойчивой, а ее эволюцию более длительной.

Величина запасов ядерной энергии Солнца составляет 1052 эрг. Она превышает сумму гравитационной и тепловой энергии Солнца более чем 1 000 раз. Этого запаса хватит для поддержания излучения Солнца более чем на 150 миллиардов лет. Скорость ядерных реакций в теле Солнца соответствует распределению температуры внутри звезды. Ядерные реакции поддерживают установившийся температурный режим на том уровне, который обеспечивает баланс гидростатического равновесия. В недрах Солнца осуществляется непрерывное перемещение энергии от центральных частей к периферии и обратно. Это означает, что химический состав звезды, охваченной конвективным движением, однородный. Характер конвективного движения турбулентный, зависимый от постоянно меняющихся в пространстве и во времени, магнитных полей Солнца.

Структура Солнечной системы

Солнечная система состоит из центрального небесного тела – звезды Солнца, 9 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет – астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера,

Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Три последние планеты можно наблюдать с Земли только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности.

К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные немецким философом И.Кантом (1724-1804) и французским математиком и физиком П.Лапласом (1749-1827). Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии горячей пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты. П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в

86

состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты. Таким образом, согласно теории П. Лапласа, планеты образовались раньше Солнца. Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта-Лапласа.

Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта (1891-1956), который показал, что проблемы космологии можно решить согласованными усилиями астрономии и наук о Земле, прежде всего географии, геологии, геохимии. В основе гипотезы О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Пылевые частицы, концентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединяли к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжении миллиардов лет.

С учетом физических характеристик все планеты делятся на две группы. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы — Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их вещество отличается относительно высокой плотностью: в среднем около 5,5 г/см3, что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу составляют планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным массам, а Юпитера – 318. Состоят планеты-гиганты главным образом из водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы. Особое место занимает девятая планета – Плутон, открытая в марте 1930 г. По своим размерам она ближе к планетам земной группы. Не так давно обнаружено, что Плутон – двойная планета: она состоит из центрального тела и очень большого спутника. Оба небесных тела обращаются вокруг общего центра масс.

Впроцессе образования планет их деление на две группы обусловливается тем, что

вдалеких от Солнца частях облака температура была низкой и все вещества, кроме водорода и гелия, образовали твердые частицы. Среди них преобладал метан, аммиак и вода, определившие состав Урана и Нептуна. В составе самых массивных планет – Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось значительное количество газов. В области планет земной группы температура была значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и аммиак) остались в газообразном состоянии и, следовательно, в состав планет не вошли. Планеты этой группы сформировались в основном из силикатов и металлов.

87

Солнце

Центральное тело нашей планетной системы – Солнце – ближайшая к Земле звезда, представляющая собой раскаленный плазменный шар. Это гигантский источник энергии: мощность излучения его очень велика – около 3,86 1023 кВт. В настоящее время принято считать, что в недрах Солнца при огромнейших температурах – около 15 млн. градусов – и чудовищных давлениях протекают термоядерные реакции, которые сопровождаются выделением огромного количества энергии. Одной из таких реакций может быть синтез ядер водорода, при котором образуются ядра атома гелия. Подсчитано, что в каждую секунду в недрах Солнца 564 млн. т водорода преобразуются в 560 млн. т гелия, а остальные 4 млн. т водорода превращаются в излучение. Термоядерная реакция будет происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они составляют около 60 % массы Солнца.

Почти вся энергия Солнца генерируется в его центральной области, откуда переносится излучением, а затем во внешнем слое передается конвекцией. Температура поверхности Солнца – фотосферы составляет около 6000 К.

Наше Солнце – источник не только света и тепла: его поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также элементарных частиц. Солнечный ветер, воздействуя на геомагнитное поле с освещенной стороны, сжимает его примерно в 2,5 раза и вытягивает магнитные силовые линии полярных областей в хвост магнитосферы, который формируется в ночной стороне Земли.

Распределение плазмы Солнца в магнитосфере Земли в плоскости полуденного меридиана представлено на рис. 4.

Pиc. 4. Распределение плазмы в магнитосфере; плоскость полуденного меридиана

Хвост магнитосферы достигает нескольких сот радиусов Земли. Вспышки на Солнце формируют в магнитосфере ударные волны, которые вызывают геомагнитные бури [103]. Интенсивность геомагнитных бурь зависит от уровня солнечной активности.

88

Луна

Подобно тому, как наша Земля обращается вокруг Солнца, вокруг Земли движется Луна – естественный спутник нашей планеты. Луна меньше Земли, ее поперечник составляет около одной четверти земного диаметра, а масса в 81 раз меньше массы Земли. Поэтому сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на нашей планете. Слабая сила притяжения не позволила Луне удержать атмосферу, по той же причине не может быть на ее поверхности и воды. Открытые водоемы быстро испарились бы, а водяной пар улетучился бы в космос.

Поверхность Луны весьма неровная: она покрыта горными хребтами, кольцевыми горами – кратерами и темными хребтами равнинных областей, называемых морями, на которых наблюдаются мелкие кратеры. Предполагается, что кратеры имеют метеоритное происхождение, т.е. образовались в местах падения гигантских метеоритов.

Возраст самых молодых пород – около 2,6 млрд. лет, а возраст более древних пород не превосходит 4 млрд. лет.

На поверхности Луны образовался рыхлый слой, покрывающий основную породу – раголит, состоящий из осколков магматических пород, шлакообразных частиц и застывших капель расплавленной магмы. Предполагается, что около 95% пород, покрывающих лунную поверхность, находится в магматическом состоянии.

Температура лунной поверхности составляет 100-400 К. Луна находится в среднем на расстоянии 384 400 км от Земли. Преодолев такое расстояние, 21 июля 1969 г. американский астронавт Н. Армстронг впервые ступил на поверхность Луны – сбылась давняя сказочная мечта полета человека на Луну.

Планеты земной группы

Объединенные в одну группу планеты Меркурий, Венера, Земля, Марс, хотя и близки по некоторым характеристикам, но все же каждая из них имеет свои неповторимые особенности (рис. 5).

Рис. 5 Строение солнечной системы

Меркурий – самая малая планета в земной группе. Эта планета не смогла сохранить атмосферу в том составе, который характерен для Земли, Венеры, Марса. Ее атмосфера крайне разрежена и содержит Аг, Nе, Не. Атмосфера Земли отличается относительно большим содержанием кислорода и паров воды, благодаря которым обеспечивается существование биосферы. На Венере и Марсе в атмосфере содержится большое количество углекислого газа при очень малом содержании кислорода и паров воды – всё это характерные признаки отсутствия жизни на данных планетах. Нет жизни и на Меркурии: отсутствие кислорода, воды и высокая дневная температура (620 К)

89

препятствуют развитию живых систем. Планеты Меркурий и Венера спутников не имеют. Природные спутники Марса – Фобос и Деймос.

Планеты-гиганты

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун относятся к планетам-гигантам [50]. Юпитер – пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета Солнечной системы – находится в среднем на расстоянии 5,2 а.е. от Солнца. Юпитер – мощный источник теплового радиоизлучения, обладает радиационным поясом и обширной магнитосферой. Эта планета имеет 16 спутников и окружена кольцом шириной около 6 тыс. км.

Сатурн — вторая по величине планета в Солнечной системе. Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп. Их впервые наблюдал в 1610 г. Галилей с помощью созданного им телескопа. Кольца представляют собой плоскую систему множества мелких спутников планеты. Сатурн имеет 17 спутников и обладает радиационным поясом.

Уран – седьмая по порядку удаления от Солнца планета Вокруг Урана вращается 15 спутников, 5 из них открыты с Земли, а 10 – наблюда-

лись с помощью космического аппарата «Вояджер-2». Уран имеет и систему колец. Нептун – одна из самых удаленных от Солнца планет – находится на расстоянии от

него около 30 а.е. Период обращения ее на орбите – 164,8 года. Нептун имеет шесть спутников. Удаленность от Земли ограничивает возможности его исследования.

Планета Плутон не относится ни к земной группе, ни к планетам-гигантам. Это сравнительно небольшая планета: ее диаметр около 3 000 км. Плутон принято считать двойной планетой. Его спутник примерно в 3 раза меньший по диаметру движется на расстоянии всего около 20 000 км от центра планеты, совершая один оборот за 4,6 суток. Особое место в Солнечной системе занимает Земля – единственная живая планета.

Происхождение Земли

К настоящему времени известно несколько гипотез о происхождении Земли. Почти все они сводятся к тому, что исходным веществом для формирования планет Солнечной системы, в том числе и Земли, были межзвездная пыль и газы, широко распространенные во Вселенной.

Образованию планет из протоплазменного диска предшествовала промежуточная фаза формирования твердых и довольно крупных, до сотен километров в диаметре, тел, называемых планетозималями, последующее скопление и соударение которых явилось процессом аккреции (наращивания) планеты.

Представления о тепловом состоянии новорожденной Земли претерпели в XX в. принципиальные изменения. В противовес долго господствующему мнению об «огненно-жидком исходном состоянии Земли», основанном на классической гипотезе Канта –Лапласа, с начала XX в., и особенно активно в 50-е годы (после появления гипотезы О.Ю. Шмидта), стала утверждаться идея об изначально холодной Земле, недра которой в дальнейшем стали разогреваться вследствие тепла при распаде естественных радиоактивных веществ.

В настоящее время обсуждается идея о весьма существенном разогреве Земли вплоть до температуры плавления ее вещества. Предполагается, что при таком разогреве начинается дифференциация Земли на оболочки, и прежде всего на силикатную мантию и железное ядро. При этом нельзя исключать и радиоактивный источник тепла, которое выделялось в результате распада радиоактивных веществ, находящихся в планетезималях.

90

Земля как планета сформировалась примерно за 100 млн. лет и вначале была холодной, Последующий разогрев Земли происходил в результате ударов крупных тел, гравитационного сжатия, распада радиоактивных элементов и других физикохимических процессов. Постепенно в процессе гравитационной дифференциации вещества в центре Земли сосредотачивались тяжелые химические элементы (железо, никель и другие, из которых образовалось ядро нашей планеты). Из более легких химических элементов возникла мантия Земли. Кремний и другие химические элементы стали основой формирования литосферы.

В первичной Земле сохранялось первоначальное распределение вещества. Только после того, как в результате разогрева недра Земли стали достаточно пластичными, в них началось перемещение вещества – опускание тяжелых глыб и всплывание более легких. Эти перемещения начались несколько миллиардов лет назад, продолжаются до сих пор и далеко еще не завершены. Самый верхний, доступный непосредственному наблюдению слой земной коры, возник при радиогенном разогревании земных недр в результате всплывания и выдавливания наиболее легких и наименее вязких веществ и расплавов на поверхность. В основе формирования коры лежит не быстрое остывание земной поверхности, а длительное, по-видимому, продолжающееся до сих пор взаимодействие наружных и глубинных зон Земли.

На начальных этапах развития Земли вещество атмосферы и гидросферы еще не было достаточно разделено и представляло парогазовую массу, окутавшую мощным и плотным слоем всю Землю. На земной поверхности царил мрак. Эта плотная парогазовая масса с температурой около 100 С, мало проницаемая для солнечных лучей, состояла из паров и кислых дымов, имела высокую химическую активность и энергично воздействовала на горные породы. Постепенно, с понижением температуры происходила дифференциация парогазовой оболочки на гидросферу и атмосферу.

Радиоактивным методом установлено, что возраст самых древних пород, найденных в земной коре, составляет около 4 млрд. лет. По оценкам ученых, формирование Земли длилось от 5 до 6 млрд. лет. Понадобились миллиарды лет, чтобы образовалась наша планета – Земля. Вращаясь, этот сплюснутый у полюсов шар летит в космическом пространстве по огромной эллиптической кривой вокруг Солнца.

Наша Земля удивительна и прекрасна. Впервые всю Землю целиком увидел советский космонавт Ю.А. Гагарин (1934-1968), совершивший 12 апреля 1961 г. первый в истории человечества полет на космическом корабле «Восток».

Строение Земли

Планета 3емля состоит из земной коры, мантии и ядра. Земную кору покрывают гидросфера — жидкая оболочка (она не сплошная) и атмосфера — газовая оболочка.

Наша планета до наших дней хранит еще множество тайн. Проникнуть внутрь нее нелегко. Сегодня самые глубокие шахты достигают всего несколько километров. Бурение дает нам сведения о глубинах около 12 км. Самая глубокая скважина в мире пробурена в России на Кольском полуострове, ее глубина в 1994 г. достигла 12 262 м. Основные сведения о строении Земли, химическом составе ее пород и т.п. добываются косвенными методами, в частности, при изучении колебаний земной коры в процессе землетрясений и анализе химического состава вулканической массы.

Твердая оболочка Земли делится на две основные части – земную кору и мантию. Верхняя часть твердой оболочки – земная кора – имеет толщину в среднем несколько десятков километров. На материках она равна 30-40 км, под Памиром и Андами – 7080 км, а под океанами значительно тоньше – до 10 км. Самая верхняя часть земной

91

коры на континентах в значительной мере состоит из осадочных пород. В них находят останки вымерших животных и растительных организмов, когда-то населявших Землю.

Самая глубокая геосфера Земли – ядро – имеет радиус около 3,5 тыс. км и состоит из внешней оболочки, находящейся в жидком состоянии и внутреннего твердого субъядра. Температура в центре ядра достигает около 5000 С, плотность около 12,5 т/м3. Предполагается, что субъядро похоже по составу на железный метеорит, содержащий около 80% железа и 20% никеля. Внешняя оболочка ядра содержит железо (52%) и смесь железа с серой (48%). С ее жидким состоянием связывают природу земного магнетизма.

Между ядром и земной корой расположена мантия – самая массивная часть Земли, составляющая около 83% ее объема. Температура мантии, по-видимому, равна 2 000- 2 500 С. Мантия состоит из различных силикатов – соединений, содержащих кремний. Происходящие в ней процессы, обусловливают тектоническое движение, образование магмы и вулканическую активность.

Верхняя часть мантии вместе с земной корой образует литосферу внешнюю сферу твердой части Земли. В соответствии с гипотезой новой глобальной тектоники – науки о развитии структуры земной коры – литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются в горизонтальном направлении по астеносфере – подстилающем литосферу слое пониженной твердости и вязкости в верхней мантии Земли. Литосферные плиты представляют собой крупные (до нескольких тысяч километров в поперечнике) блоки земной коры, включающие не только континентальную, но и сопряженную с ней океаническую кору; они ограничены со всех сторон сейсмическими

итектоническими активными зонами разломов. По последним данным, из-за смещений литосферной континентальной плиты Эверест ежегодно растет на 2,5-5 см.

Как уже отмечалось, температура ядра и мантии очень высокая – тысячи градусов. Казалось бы, все вещества при такой температуре должны находиться в расплавленном

идаже газообразном состоянии. Однако и субъядро и мантия – твердые образования. Вещество в них находится под огромным давлением, при котором температура плавления гораздо выше, чем при нормальном давлении.

Как только давление ослабевает, раскаленные твердые породы расплавляются. Образуется жидкая раскаленная масса – магма. При перемещении вещества в земной коре возникают глубокие трещины, в которых понижается давление и образуется очаг с магмой. Сжатая со всех сторон магма растекается по трещинам, застывая в них в виде жил, а в некоторых местах прорывается наружу. Так возникает вулканическое извержение. Вулкан – это своеобразная природная домна, в которой плавится и выбрасывается на поверхность много ценных металлов и минералов. Тут железо и свинец, олово и алюминий.

Литосфера - земная кора - наружная, твердая, каменная оболочка земного шара, толщиной 15-70 км. Она выполняет ресурсные, гидродинамические и геофизикохимические функции.

Земная кора – это сокровищница самых разнообразных полезных ископаемых: каменного угля и нефти, газа, руд черных и цветных металлов, минеральных удобрений

ит.п. Литосфера – абиотическая основа жизни.

Месторождения каменного угля возникли в те отдаленные времена, когда на Земле создавались очень благоприятные условия для развития растительности. Было это более чем 200 млн. лет назад. Этот период в геологической истории нашей планеты так и называется – каменноугольный. Во влажном и жарком климате необычно разрастались вечнозеленые леса, которые дали начало развитию торфяников, превратившихся потом под действием давления и высокой температуры земных недр в пласты

92

каменного угля. В этот период образовались каменноугольные бассейны Караганды, Донбасса и многие другие.

Вопросом происхождения другого очень ценного ископаемого – нефти, называемой «черным золотом», - занималось не одно поколение ученых. Предполагается, что нефть имеет органическое происхождение: она образовалась из погибших низших растений и животных организмов – водорослей, амеб, червей, личинок и т.д.

Огромны запасы в недрах Земли горючих углеводных газов, которые все больше используются человеком как топливо и природное сырье для производства многочисленных органических материалов.

Богата наша Земля и ископаемыми минеральными удобрениями – «камнями плодородия». Главные среди них – минералы, содержащие калий и фосфор, которые служат своеобразной пищей растений. При внесении их в почву повышаются урожаи зерновых, овощей, хлопка и других культур.

Совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежных покровов – образует гидросферу Земли. Часто под гидросферой подразумевается только океаны и моря. Больше всего воды на Земле в Мировом океане; около 2% ее - в ледниках. Много воды под землей [24]. Для своих нужд человек использует главным образом воду рек и пресных озер. Но ее на Земле меньше 0,001% от всей воды. Поэтому водные ресурсы планеты необходимо беречь.

Мировой океан – основная часть гидросферы. В течение года с поверхности Земли и океанов испаряется в воздух около 355 тыс. м3 воды. Большая часть ее – около 90% – затем снова выпадает в виде осадков над поверхностью океанов и морей, а остальная влага уносится на сушу, падает на нее дождем, снегом и реками выносится в океан, уходит под землю, консервируется в ледниках. Этот великий круговорот воды оказывает большое влияние на климат и обмен веществ на всей нашей планете. Водяные пары, находясь в воздухе, задерживают в атмосфере тепло Земли. Чем больше воды испаряет гидросфера планеты, тем мягче ее климат. Можно говорить о двух основных разновидностях климата – континентальном и морском. На территории с морским климатом сезонные колебания температуры значительно меньше, чем там, где властвует континентальный климат. Мировой океан образно называют печкой планеты. В теплый сезон года большая масса океанской воды согревается медленнее суши и поэтому охлаждает воздух, а зимой наоборот: теплая вода океана согревает холодный воздух. Причина такого явления – в большой теплоемкости воды. Основная доля солнечного тепла улавливается на Земле морями и океанами.

Ежедневно в любую погоду океанские воды вторгаются на сушу. Затем на десятки, даже сотни метров начинает обнажаться дно при отливе. Проходят часы – и снова прилив. Наибольшие приливы наблюдаются в Англии, в устье реки Северн (разница между уровнями воды при приливе и отливе доходит до 16,3 м). Первое научное объяснение морских приливов дал Ньютон. Он доказал, что приливы обусловливаются силой притяжения Луны. Приливы и отливы происходят не только в водной оболочке Земли, но и в твердой, и в воздушной. Под действием сил притяжения Луны твердая оболочка нашей планеты дважды в сутки поднимается и опускается на несколько десятков сантиметров.

Реки земного шара ежегодно сбрасывают в моря около 35 тыс. м3 воды, причем наибольший сток – с Азиатского материка. Второе место занимает Южная Америка. Амазонка выносит в океан десятую часть воды всех рек планеты.

Большую роль в жизни людей и их хозяйственной деятельности играют атмосферные осадки. Распределение влаги на земном шаре весьма неравномерно: одни

93

страдают от ее избытка, другие – от недостатка. Поэтому очень важно научиться управлять таким природным процессом. И сейчас в небольших масштабах это удается сделать. Например, при необходимости над территорией аэропорта, города можно «прояснить погоду».

Ледяная оболочка планеты называется криосферой. Основная масса льда – ледники, которые разделяются на горные и покровные. Горные ледники – это, по существу, ледяные реки. Спускаясь вниз по склонам, они ведут себя, как реки: встречая широкое и ровное пространство, разливаются по нему, а в узких ущельях движутся, как горный поток. Правда, движение горных ледников очень медленное. Огромные языки ледников спускаются с высочайших вершин Гималаев, Тибета. Многие сибирские реки берут свое начало в ледниках Алтая и Саян.

Царство покровных ледников – арктический и антарктический пояс. Они покрывают всю поверхность арктических островов и Антарктиды, постепенно сползая к океану. В некоторых местах ледниковый покров растекается даже по поверхности моря – так рождаются плавучие ледяные горы – айсберги. Особенно огромны ледниковые отложения в Антарктиде. Здесь поистине царство льдов, их площадь превышает площадь всей Европы. Антарктида таит в себе много загадок. Когда-то этот континент был покрыт вечнозеленой растительностью, о чем свидетельствуют найденные здесь залежи каменного угля [33, 34]. Знакомясь с ледяным царством на земле, нельзя забывать и о его подземных владениях. Районы вечной мерзлоты на земном шаре занимают четверть суши. На территории нашей страны мерзлота несплошной полосой тянется от побережья Ледовитого океана до Туруханска и Якутска, а отдельные ее островки есть и южнее – у Иркутска, Красноярска, Читы, на берегах Амура. Вечная мерзлота оказалась прекрасным холодильником: тысячелетия он работал столь исправно, что сохранил трупы давным-давно погибших животных с мясом, кожей и шерстью. Когда ученые познакомились с тем, что сохранила нам замерзшая северная земля, они пришли к выводу, что вечная мерзлота – не вечна. Она образовалась около 100 тыс. лет назад, когда произошло великое оледенение. Наступившее потом потепление оттеснило льды на острова Ледовитого океана, но под слоем почвы, оттаивающей каждое лето, на севере нашей страны осталась навеки промерзшая земля. В районе г.Якутска слой многолетних мерзлых пород составляет 220 метров, а на побережье Северного ледовитого океана – более 1 000 метров.

Воздушная оболочка Земли – атмосфера. Она, как одежда, защищает нас днем от обжигающих лучей Солнца, а ночью сохраняет тепло, накопленное за день. Воздух спасает нас и от смертельного космического излучения. Если бы не было воздушной оболочки, Земля была бы мертва и нема. Ведь все живое не может существовать без воздуха, и звук рождается только в атмосфере.

Многие мыслители древности считали воздух одним из главных элементов мироздания. Так, по мнению греческого философа Анаксимена (VI в. до н.э.), воздух вездесущ и дает начало всем вещам. В XVII в. было открыто, что воздух имеет массу. Теперь мы знаем, что чем ближе воздух к поверхности планеты, тем он плотнее. Масса 1 м2 воздуха у земной поверхности составляет в среднем 1,293 кг. На высоте 10 км она снижается до 400 г, а на сорокакилометровой высоте – до 4 г.

Основные составляющие атмосферы – азот (78%) и кислород (21%). Атмосфера, кроме того, содержит в небольших количествах углекислый газ, аргон, гелий, водород, озон, водяные пары и др.

Самая нижняя часть атмосферы – тропосфера - простирается до 9-17 км. В тропосфере находится 4/5 всей массы воздуха. В ней образуется облака, дождь, снег, град, ветер. Поэтому ее справедливо считают «фабрикой» погоды. Следующий слой – стратосфера – находится на высоте 50-55 км над земной поверхностью. Здесь стоит