Экологическая система Земли
Экологическая система Земли находится в состоянии своеобразного устойчивого равновесия, поэтому небольшие возмущения в атмосфере или изменения солнечной радиации существенно не влияют на общее состояние этой системы. Но геологические исследования показывают, что в прошлом происходили экологические катастрофы, в результате которых резко снижалась температура и наступали ледниковые периоды. Для прогнозирования будущего нам необходимо знать причины, приводящие к таким катастрофическим процессам. Причиной внезапного понижения температуры на поверхности Земли могут быть внешние факторы, например, падение астероида, геологические процессы — извержения вулканов или движение материков, и антропогенные факторы.
Строение Земли. Геологические исследования показали, что температура внутри Земли каждые 34 м возрастает на 1°С и в скважинах на глубине 10 км достигает +300 °С. Центральная часть Земли образует металлическое ядро. Внешняя часть ядра находится в расплавленном состоянии при температуре 7000 °С, а внутренняя — твердая. Выше находится силикатная оболочка, или мантия. На мантии «плавает» кора, толщина которой неодинакова — от 5—7 км под океанами до нескольких десятков километров под материками. Вследствие конвекции в мантии земная кора разделилась на отдельные плиты, которые медленно смещаются.
Экологическую катастрофу может создать даже техногенная деятельность человека, в результате которой изменяется химический состав атмосферы. Например, сжигание большого количества органического топлива приводит к уменьшению кислорода в атмосфере и увеличению углекислого газа, создающего парниковый эффект. В XX в. средняя температура Земли повысилась на 0,8 °С, что привело к интенсивному таянию ледников и повышению уровня океана, в результате чего были затоплены большие площади плодородных низин. Человечество сможет избежать экологической катастрофы, если будет больше использовать альтернативные источники энергии, не загрязняющие окружающую среду, — энергию земных недр, ветровую и солнечную энергию.
Парниковый эффект создает пленка в парнике, которой накрывают грядку. Днем солнечный свет проходит сквозь пленку и нагревает землю. Если почва темного цвета, то в обратном направлении излучается энергия в инфракрасной, части спектра, которая задерживается пленкой. В атмосфере Земли парниковый эффект создают углекислый газ и водяной пар.
Луна
Луна является естественным спутником Земли, на котором атмосфера отсутствует. Фазы Луны, то есть изменения ее внешнего вида, наступают вследствие того, что Луна светит отраженными солнечными лучами. Обращаясь вокруг нашей планеты, она занимает различные положения относительно Земли и Солнца, поэтому мы видим разные части ее дневного полушария.
Чтобы понять, почему мы видим фазы Луны, начнем с новой Луны, которая с поверхности Земли почти никогда не видна, потому что к нам развернуто ее ночное полушарие (рис. 7.6). Луну в этой фазе можно увидеть только во время солнечных затмений, когда темный диск Луны виден на фоне яркого Солнца.
Синодический период обращения Луны (29,5 земных суток) — промежуток времени, в течение которого происходит изменение фаз.
Сидерический период обращения Луны (27,3 земных суток) — время обращения Луны звезд
Первая четверть наступает через неделю, когда к Земле повернуты половина дневной и половина ночной стороны Луны. Полнолуние наступает в тот момент, когда Луна находится с противоположной стороны от Солнца. Последняя четверть, или старая Луна, наблюдается в юго-восточной части небосвода перед рассветом.
Среди всех астрономических явлений, наверное, наибольшее внимание людей привлекает затмение Солнца, которое происходит в тот момент, когда тень от Луны достигает поверхности Земли. Хотя Луна через каждые 29,5 суток находится между Солнцем и Землей (фаза — новолуние), затмения происходят гораздо реже, потому, что плоскость орбиты Луны наклонена к эклиптике под углом 5°. На орбите существуют две точки, в которых Луна пересекает плоскость эклиптики — они называются узлами лунной орбиты. Затмение Луны или Солнца могут состояться только в том случае, когда Луна находится вблизи узла орбиты. Узлы лунной орбиты смещаются в космическом пространстве, поэтому затмения происходят в разное время года. Период повторения затмений, или сарос, знали еще египетские жрецы 4000 лет назад. Современные вычисления дают следующее значение сароса: Т сар = 6585,33 суток = 18 лет 11 суток 8 часов. В течение одного сароса в разных местах на поверхности Земли происходит 43 затмения Солнца и 25—29 затмений Луны, причем солнечные и лунные затмения всегда происходят парами с интервалом 2 недели: если в одном узле лунной орбиты происходит затмение Солнца, то через 2 недели в другом узле происходит затмение Луны.
Физические условия на Луне
Несмотря на то, что Луна находится почти на таком же расстоянии от Солнца, как Земля, и единица ее поверхности получает столько же энергии, что и единица поверхности Земли, физические условия на этих космических телах существенно отличаются. Главная причина таких различий связана с тем, что сила тяжести на Луне меньше земной в 6 раз, поэтому она не может удержать у поверхности молекулы газов. В течение миллиардов лет погода на Луне одинакова: 2 недели светит Солнце и поверхность нагревается до температуры +130 °С, а после двухнедельной ночи поверхность охлаждается, и температура на рассвете падает до -160 °С. При высокой дневной температуре молекулы газов покидают сферу притяжения Луны, поэтому там невозможно существование плотной атмосферы. На Луне даже днем темное небо, как в межпланетном пространстве, там не бывает ни ветров, ни дождей. Смены времен года не происходит, потому что ось обращения Луны почти перпендикулярна к плоскости орбиты.
На поверхности Луны даже невооруженным глазом видны темные участки, которые названы морями, и светлые, которые астрономы назвали материками. Моря на Луне образовались после извержения вулканов, которые действовали миллиарды лет назад. Моря имеют темный цвет, так как по химическому составу там больше железа, а на светлых участках больше алюминия.
В морях нет ни капли влаги, поскольку в вакууме вода мгновенно закипает и испаряется или замерзает. Вода в твердом состоянии могла сохраниться под поверхностью на глубине нескольких десятков метров, где в течение суток температура не изменяется и равна -30°С.
Во время наблюдений в телескоп видно, что на светлых материках преобладают кратеры — круглые горы диаметром до нескольких сотен километров и высотой несколько километров. Сейчас кратеры на Луне образуются после падения метеоритов, хотя 3 млрд лет назад там действовали вулканы.
Большинство кратеров имеют метеоритное происхождение, хотя некоторые из них могли образоваться при извержении вулканов, из которых вытекала расплавленная лава и заполняла более низкие участки, — так возникли моря. Извержения вулканов прекратились очень давно. Возраст старейших твердых скал на материках — 4,4 млрд лет, в то время как лава в морях застыла около 3 млрд лет назад.
Падение метеоритов является основным фактором, который изменяет внешний вид поверхности Луны и приводит к своеобразной эрозии лунного грунта. Например, метеорит массой 1 кг, летящий со скоростью 10 км/с, имеет такую кинетическую энергию, что при столкновении с поверхностью Луны может образовать кратер диаметром 1 м и разбросать на несколько десятков метров камни и пыль. На Луну постоянно падают тысячи метеоритов разной массы, которые непрерывно изменяют внешний вид ее поверхности. Правда, крупные кратеры диаметром несколько сотен километров образовались еще 4 млрд лет назад, когда падало больше метеоритов. В течение миллиардов лет космические «бомбардировки» так раздробили верхний слой лунного грунта, что он превратился в «пыль».