WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

7. Изменения абиотических факторов при эволюции
движения Земли

Знание эволюции движения Земли позволяет строить математические модели изменения ее климата в процессе эволюции и тем самым с большой степенью правдоподобия предсказывать климат Земли в прошлом и будущем. Такие модели многофакторны, сложны и представляют задачу, решать которую предстоит будущим поколениям. Наша задача - на основе общих соображений предсказать возможные тенденции изменения абиотических факторов при эволюции движения Земли.

Главное обстоятельство, определяющее климат Земли на протяжении всего периода орбитального движения - расстояние Земли от Солнца, чем определяется количество Солнечной энергии, передаваемой Земле. Определенную роль играет поступление тепловой энергии из недр Земли к ее поверхности и за счет радиоактивного распада некоторых элементов, входящих в состав недр Земли. Эти составляющие теплового баланса Земли можно достаточно точно оценить в настоящее время, но они неизвестны для прошлого Земли, а их изменение в будущем может быть оценено весьма приближенно. Поэтому в оценках изменения абиотических факторов в прошлом и будущем будем учитывать лишь изменение количества солнечной энергии, поступающей на Землю в разные этапы ее эволюции.

Если принять, что прозрачность космического пространства между Солнцем и Землей для солнечной лучистой энергии сохранялась в прошлом и будет сохраняться в будущем, а также признать стационарным излучение Солнца в период эволюции Земли на орбите (~ 6,68⋅⋅106 современных земных лет), то количество солнечной энергии, поступающей на Землю, зависит от расстояния между Солнцем и Землей. В качестве меры этого расстояния можно принять большую полуось орбитального эллипса.

Таким образом, изменение абиотических факторов на Земле (как и на других небесных телах нашей планетной системы) определяется, в основном, их расстоянием от Солнца, которое изменяется в процессе эволюции движения Земли (небесного тела) по закону (4.24), причем значения эксцентриситета орбит тел изменяются с течением времени от ен до ео, затем от ео до ⎢⎢ен⎢⎢ и далее от ⎢⎢ен⎢⎢ до екр. Достигнув эксцентриситета е = екр, орбитальное тело постепенно освобождается от действия притяжения центрального тела и уходит от него в космос по параболической траектории, при этом расстояние от центрального тела (звезды) будет увеличиваться.

В соответствии с картиной эволюции движения Земли изменяются и абиотические факторы на Земле. Так, сравнительно небольшие изменения эксцентриситета орбиты Земли на интервале изменения эксцентриситета от ен до ео и от ео до ⎢⎢ен⎢⎢ позволяют сделать вывод, что и основные абиотические факторы на поверхности Земли и ее атмосферы (температура, влажность, освещенность поверхности) мало изменились за этот период. Конечно, при этом мы подразумеваем, что Солнце в этот же период излучало равномерно. При дальнейшей эволюции Земли эксцентриситет ее орбиты изменяется от ⎢⎢ен⎢⎢ до екр, Земля все более будет удаляться от Солнца и, следовательно, все меньшее количество лучистой энергии Солнца будет поступать на Землю. В связи с этим температура на поверхности Земли будет понижаться, влажность уменьшаться (вследствие превращения воды в лед), освещенность поверхности будет уменьшаться. При этом, поскольку при е →→ екр орбита Земли будет представлять собой все более и более вытянутый эллипс и продолжительность земного года увеличится в 247 раз, то увеличится время пребывания Земли (в течение одного оборота) на большом удалении от Солнца.

В то же время следует обратить внимание на то, что во время, близком к прохождению Землей перигелия орбиты, Земля будет находиться от Солнца на достаточно близком расстоянии, соизмеримом с расстоянием от Земли до Солнца в настоящее время. Это, в свою очередь, будет приводить к повышению температуры поверхности Земли, увеличению влажности, таянию снега и льда. Эти циклы изменения основных абиотических факторов не так резко проявляются в настоящее время (изменения климата на Земле зимой и летом обусловлены изменениями наклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики), но они будут все более существенно проявляться по мере увеличения эксцентриситета орбиты Земли.

Оценки показывают, что период вращения Земли в прошлом, когда Земля перешла на орбиту вокруг Солнца, был намного меньшим, чем в настоящее время (примерно в 80 раз). Следовательно, начальный период орбитального движения Земли вокруг Солнца сопровождался более частыми изменениями основных абиотических параметров на поверхности Земли. По мере увеличения эксцентриситета орбиты Земли ее вращение вокруг собственной оси будет все более замедляться, в связи с чем уменьшатся частоты изменения абиотических параметров, обусловленные этим эффектом.

Что касается лунных ритмов изменения абиотических факторов, то среди них хорошо известен один из важнейших, а именно морские приливы и отливы. Водная оболочка Земли имеет четыре горба, или выпуклости. Один из них обращен к Луне вследствие силы притяжения Луны. Второй горб возникает на стороне Земли, противоположной Луне. Аналогично на Землю действует притяжение Солнца. Когда Солнце и Луна располагаются на одной прямой по отношению к Земле, либо по разные стороны от Земли (противостояние), либо по одну сторону от Земли (соединение), то "лунные" и "солнечные" горбы суммируются, что приводит к особенно высокому повышению уровня воды у побережья океанов (сигизийные приливы). В других местах мирового океана одновременно наступают сигизийные отливы с наибольшим понижением уровня у побережья. Твердая оболочка Земли в своем суточном вращении обгоняет водные массы и волны лунных приливов перемещаются, следуя за обращением Луны. Солнечные приливы сохраняют свое положение в соответствии с движением Земли вокруг Солнца. Если же Луна находится в первой или последней четверти, то совместное воздействие Луны и Солнца на водную оболочку Земли приводит к возникновению так называемых малых квадратурных приливов и отливов.

Деформации твердой оболочки Земли (земной коры) значительно меньше по масштабам, чем водной, но они также имеют место и возникают в соответствии с фазами Луны и движения Земли вокруг Солнца.

Движение Луны оказывает существенное влияние на жизненные ритмы животных, особенно на явления в их жизнедеятельности, связанные с продолжением рода.

Согласно расчетам, Луна была захвачена Землей и перешла к орбитальному движению вокруг нее примерно 644 тыс. лет назад. В момент перехода на орбиту эксцентриситет орбиты Луны составлял ен ≈≈ 0,39, большая полуось орбитального эллипса ан ≈≈ 4,78⋅⋅1010 см, а период обращения по начальному эллипсу Тн = 3,31⋅⋅106 сек. В настоящее время эти же величины составляют: ек ≈≈ 0,0549, ак ≈≈ 4,07⋅⋅1010 см, Тк ≈≈ 2,36⋅⋅106 сек. Как видно, при эволюции орбиты Луны от ен до ео, характеристики движения Луны по орбите (большая полуось орбитального эллипса, период обращения) сравнительно мало изменились, что позволяет предположить относительно малое изменение за этот же период времени и влияния Луны на деформации твердой и жидкой оболочек Земли. При дальнейшем орбитальном движении Луны эксцентриситет ее орбиты будет увеличиваться до екр ≈≈ 0,471. При этом значении эксцентриситета орбитальное движение Луны вокруг Земли прекратится и в дальнейшем Луна будет удаляться от Земли по параболической траектории до тех пор, пока не будет захвачена массивным небесным телом.

По оценке большая полуось критического (последнего) эллипса Луны составит акр ≈≈ 4,9⋅⋅1010 см, то есть будет порядка современной большой полуоси орбитального эллипса. Таким образом, за все время своей эволюции орбитального движения вокруг Земли Луна ненамного удалится от нее, и, следовательно, ее влияние на абиотические характеристики Земли не будет заметно изменяться. Заметим, кстати, что за время орбитальной эволюции Луны ее период обращения вокруг Земли будет изменяться от Тк = 2,36⋅⋅104 сек (современный период обращения) до Ткр = 3,42⋅⋅104 сек, то есть увеличится примерно в 1,4 раза, что также свидетельствует об относительно малых изменениях влияния Луны на абиотические характеристики Земли в процессе эволюции движения Луны на околоземной орбите.

К абиотическим характеристикам Земли относится также состав ее атмосферы. В процессе эволюции движения Земли по орбите состав атмосферы планеты будет изменяться, причем основными процессами будут вымораживание из атмосферы паров воды и выпадание их на поверхность Земли в виде снега и льда и, следовательно, увеличится альбедо Солнечного излучения от поверхности и уменьшится количество солнечной энергии, ею поглощаемое. В связи с уменьшением и постепенным исчезновением облачности увеличится теплоотдача от поверхности Земли в космическое пространство, что приведет к еще большему охлаждению поверхности Земли. При этом следует заметить, что присутствие на поверхности Земли низкотеплопроводного слоя снега и льда будет способствовать сохранению внутреннего тепла Земли.

Наблюдаемое в настоящее время потепление климата Земли в конечном счете неизбежно уступит место всеобщему похолоданию вследствие все большего удаления Земли от Солнца. Процесс постепенного похолодания ускорится примерно через 6-8 млн. лет, когда эксцентриситет орбиты Земли начнет заметно увеличиваться с каждым оборотом вокруг Солнца.

Обратим внимание на еще одну особенность возможного изменения абиотических условий на поверхности Земли под действием космологических факторов. Как известно, Земля состоит из твердого ядра, окруженного более легкой мантией и тонкой твердой оболочки, при этом часть вещества мантии имеет кристаллическую структуру и вместе с ядром представляет собой твердое тело, а другая часть мантии, ближайшая к твердой оболочке, находится в расплавленном состоянии. Средняя плотность земной коры 2,8 , плотность расплава мантии от 3,1 до 5,6, плотность ядра от 10 до 12,5.

При малом эксцентриситете орбиты Земли (в настоящее время) и ее достаточно интенсивном суточном вращении тяжелое ядро сохраняет свое устойчивое положение в центре Земли, плавая в расплавленной мантии (благодаря гироскопическим силам, действующих на него из-за вращения Земли). Но с течением времени вращение Земли будет замедляться, а эксцентриситет орбиты увеличиваться. В этих условиях все большее воздействие на твердое ядро Земли будут оказывать центробежные силы, воздействующие при движении Земли по эллиптической орбите и силы притяжения Солнца. Под действием этих сил твердое ядро может постепенно смещаться от своего центрального положения по направлению к внутренней стороне оболочки Земли, либо снова удаляться от нее.

Такие перемещения твердого тяжелого ядра Земли неизбежно приведут к интенсификации конвективных течений жидкой мантии во внутренней полости Земного шара, ею занятой и, следовательно, к существенному перераспределению внутреннего давления мантии на оболочку Земли и тепловых потоков через ее поверхность. Перераспределение внутреннего давления на оболочку Земли приведет к ее деформации, что, в свою очередь, может привести к изменению уровня океанов (если они к тому времени сохранятся) и к геоморфологическим изменениям поверхности Земли. Конечно, все эти процессы будут возможны в далеком будущем при условии, если Земля к тому времени не остынет настолько, что превратится целиком в твердое тело.

Заметим, что обсуждаемые проблемы физики Земли могут быть изучены с помощью математических моделей с достаточно большой степенью достоверности, учитывая современный уровень знаний физических свойств оболочки, мантии и твердого ядра Земли, а также знание законов движения Земли в течение всего времени ее орбитальной эволюции.

В связи с высказанным следует обсудить проблемы развития земной цивилизации, имея в виду перспективу неизбежного всеобщего похолодания на планете и полагая, что цивилизация за время эволюции Земли сохранится. Здесь существуют два выбора: либо переселение человечества на более подходящие для жизни космические тела нашей или иной планетной системы, либо освоение и все более полное использование энергетических источников и материальных ресурсов Земли.

В настоящее время человек только начал освоение космоса, причем ближайших окрестностей планеты Земля. Уже первые шаги человека в космосе показали, насколько грандиозна, энергоемка и трудоемка эта задача. Даже если принять, что в ближайшем будущем усилия всего человечества будут объединены для ее решения, то и тогда остаются вопросы, хватит ли энергетических и материальных ресурсов Земли для освоения даже ближнего космоса, то есть нашей планетной системы. К тому же перспектива переселения на более близкую к Солнцу планету, например Венеру, наталкивается на большие трудности (создание на Венере искусственной атмосферы, особых средств для перемещения и работы на планете и т.п.). Следует также заметить, что Венера, как и Земля, совершает орбитальное движение вокруг Солнца и общие тенденции изменения климата на Венере аналогичны тенденциям изменения климата на Земле. Поэтому, даже если в будущем часть человечества переселилась бы на Венеру, то его ожидала бы такая же перспектива изменения климата, как и на Земле. Переселение человека на планеты Солнечной системы, отстоящие от Солнца на большее расстояние, чем Земля (Марс, Сатурн, Уран, Нептун) еще менее перспективно, так как влечет за собой решение многочисленных проблем жизнеобеспечения.

Хорошей альтернативой расселения человечества в пределах нашей планетной системы является его расселение в планетных системах других звезд, на планетах, наиболее приспособленных к жизнедеятельности человека. Но обсуждать эту альтернативу преждевременно, поскольку еще одна планетная система открыта совсем недавно (1997 г.) и пока нет сведений о наличии планетных систем у ближайших звезд. К тому же и проблема длительных космических перелетов находится в зачаточном (если не нулевом) состоянии.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.