Факультет

Студентам

Посетителям

Земля в космосе

В просторах Вселенной носится маленькая песчинка — Земля.

Сохраняя в некоторой степени свою автономию, она в то же время очень сильно зависит от космоса. Его воздействие на Землю сказывается повсеместно, что, к сожалению, мы не всегда замечаем.

Например, перемежаемость (ритмичность) осадочных пород — одно из проявлений этого воздействия. Однако, разделенные как государственными, так и природными границами, люди часто еще плохо умеют сопоставлять одновозрастные толщи между собой и поэтому далеко не в полной мере знают, как широко они распространены.

С космическими воздействиями связана в значительной степени и эволюция царства живой природы.

Остановимся на вопросах, теснее других связанных с проблемой расширения Земли.

Сейчас, когда полеты искусственных спутников и наших замечательных космонавтов Ю. Гагарина и Г. Титова, А. Николаева и П. Поповича помогли нам подняться со «дна» воздушного океана, стали известны некоторые, невероятные с точки зрения землян, вещи. В частности, данные, полученные в результате полета третьего советского искусственного спутника, показали, что на высотах от 225 до 980 км (в отличие от приземных слоев атмосферы) в воздухе преобладает кислород, а не азот. Если бы атмосфера не находилась под воздействием внешних факторов, то этот необычный состав воздуха был бы просто непонятен. Потому что в результате длительного обмена и перемешивания, происходящих в атмосфере, азот, как более легкий газ, должен всегда располагаться в ее верхней части, а кислород — в нижней. В чем же причина такой необычности? На наш взгляд, в том, что атмосфера не изолирована и у ее нижней границы все время генерируется (воспроизводится) азот, а у верхней — кислород. Такое предположение подтверждается и данными гидрогеологии, говорящими о том, что среди газов, непрерывно поступающих в атмосферу из недр Земли, резко преобладает азот. Труднее объяснить генерацию кислорода на верхней границе атмосферы (вернее, там, где она достигает существенной плотности, во всяком случае, очевидно, на высотах меньше 1000 км).

Может быть, кислород приходит сюда из просторов Вселенной? Это маловероятно, так как установлено, что оттуда поступают преимущественно лишь протоны (ядра водорода). Тогда, может быть, в верхние слои атмосферы поднимается кислород, выделяемый земными растениями? Но это физически невозможно, так как он в этом случае просто не смог бы «всплыть» в азотной среде.

Поэтому остается предположить лишь одно — кислород верхних слоев возник за счет атмосферного азота, который под воздействием идущих из космоса протонов больших энергий преобразуется в кислород, возможно, по следующей реакции:

N147 + p → O158 + γ

O158 + p → O168 + γ

где p — протоны; γ — коротковолновые электромагнитные излучения; верхний индекс — атомный вес элемента; нижний — порядковый номер элемента в таблице Менделеева.

Воздействие протонов сказывается и в том, что при соединении их с кислородом образуются водяные пары (также зарегистрированные третьим советским спутником). Возникшие в верхних слоях атмосферы кислород (не следует, конечно, забывать о роли растений, но они выделяют кислород, извлекая его из CO2 и воды) и вода — основные источники жизни, опускаясь вниз, к Земле, создают условия для пышного развития ее биосферы.

В моменты усиления космической активности поток протонов возрастает, что приводит к резкому увеличению количества водяного пара, который, опускаясь в нижние слои атмосферы, способствует образованию в них сплошной облачности. Тогда на поверхность Земли низвергаются страшные ливни. Возникает высокая ионизация атмосферы, с неба не сходит полыхание молнии. Словом, все совершается так, как, вероятно, сейчас происходит на Венере. В эти же моменты под воздействием так называемых тепловых нейтронов (вторичные нейтроны, возникающие в атмосфере под влиянием космических воздействий) особенно интенсивно протекает в атмосфере Земли реакция, и сейчас широко распространенная:

N147 + n → C146 + H’

Возникающий таким путем радиоактивный углерод (C146), соединяясь с кислородом, опускается в нижние слои атмосферы, а оттуда «вымывается» ливнями, оказываясь в конечном итоге растворенным в водах морей и океанов в виде углекислоты. Там она, реагируя с широко развитыми в водных бассейнах ионами кальция, магния и натрия, создает соли угольной кислоты — карбонаты, которые либо непосредственно осаждаются из воды, это так называемые хемогенные осадки, либо сначала ассимилируются (усваиваются) некоторыми животными, после отмирания которых образуются органогенные осадки.

Поэтому, изучая распространенность карбонатов в различные геологические эпохи, мы можем косвенно установить степень космических воздействий на атмосферу. К сожалению, количественная оценка распространения карбонатных пород для Земли в целом до последнего времени была очень приблизительной, и лишь недавно она уточнена работами наших геологов А. Б. Ронова и В. Е. Хайна для палеозоя и начала мезозоя.

Их данные позволили изобразить распространение карбонатных пород графически.

По некоторым другим сведениям следует, что карбонатообразование было особенно интенсивным в период: середина девона — конец перми и в верхнемеловое время.

Теперь посмотрим, как на периодическое изменение (количественное и качественное) состава атмосферы реагировала растительность и животный мир.

Известно, что растения при фотосинтезе усваивают углекислый газ (CO2). Поэтому, казалось бы, что в периоды интенсификации космических воздействий, когда CO2 становится, как мы видели, в атмосфере очень много, растительность должна была расцветать особенно пышно. Однако это опровергается тем, что в карбонатных породах, которые в эти периоды формировались, растительных остатков значительно меньше, чем в песчано-глинистых, откладывавшихся в условиях, когда CO2 в атмосфере было меньше. В чем же здесь дело? На этот вопрос ответили в 1949 году Вейгл и Кальвин, которые показали, что не любая разновидность атома углерода хорошо усваивается растительностью, что радиоактивная разновидность углерода (C146) действует на растения угнетающе. Однако нужно иметь в виду, что радиоактивный углерод переходит в нерадиоактивный за довольно короткий отрезок времени. Так, за 5,5 тыс. лет эту эволюцию проделывает половина его молекул. Поэтому значительные концентрации радиоактивной разности углекислого газа (C146)O2 могут создаваться и поддерживаться в атмосфере лишь в условиях интенсивных, длительное время существующих космических воздействий. И как только космическая активность ослабевает, радиоактивная разность CO2 сравнительно быстро переходит в нерадиоактивную.

Вот в чем причина угнетенности растений в периоды, которые должны были быть временем их расцвета. Напротив, многие животные — моллюски, кораллы, фораминиферы (одноклеточные существа), некоторые рачки — не страдали от обилия радиоактивных разностей углерода и бурно развивались.

Так, через посредство атмосферы космический фактор воздействует на развитие органического мира.

Заканчивая разговор об атмосфере, хотелось бы остановиться на вопросе, который, без сомнения, возникнет у читателя: как могла древняя Земля, размеры которой, согласно нашей концепции, были в 2—3 раза меньше современной, удерживать атмосферу?

Общеизвестно: чем меньше планета, тем слабее она притягивает и удерживает частицы воздуха. Это положение хорошо объясняет отсутствие атмосферы на Луне и разряженность ее на Марсе. Но оно находится в противоречии с данными о Венере, которая несколько меньше нашей планеты, а атмосфера ее мощней, чем у Земли. Как объяснить этот факт? Имея в виду нашу точку зрения, что атмосфера планет постоянно генерируется (хотя, конечно, разным темпом), существование ее в определенных количествах у поверхности планет должно рассматриваться как результат двух противоположных процессов генерации и диссипации (рассеивание), которые, естественно, идут неравномерно. Генерация атмосферы зависит главным образом от притока азота, что в свою очередь связано с определенным этапом эволюции вещества. Диссипация зависит от размеров планеты и величины частиц. Однако не следует забывать, что чем меньше планета, тем должен быть меньше и объем атмосферы при той же плотности в ее основании. Если судить по данным о Венере, процесс интенсивной генерации атмосферы, вероятно, происходит на довольно позднем этапе развития планет, причем для разных планет, на наш взгляд, он приходится на разное время. Возможно, что подобных кульминаций может быть несколько.

Сейчас, когда многие аспекты эволюции вещества планет еще не ясны, трудно сказать, когда та или иная планета достигнет наивысшей степени развития своей атмосферы. Поэтому нельзя пока сказать, как беляка была атмосфера Земли в прошлом.

Однако можно считать, что уже в конце докембрия наша планета имела, по-видимому, атмосферу; это подтверждается фактом существования в то время жизни. Можно предполагать, что наивысшего развития атмосфера Земли достигла в мезозойское время, по всем признакам сходное с периодом, который переживает ныне Венера.

Однако влияние космоса, безусловно, не ограничивается только воздействием на состав атмосферы. Ведь животный и растительный мир совершили в своем развитии такой гигантский скачок, с которым эволюционные изменения в атмосфере не идут ни в какое сравнение. Следовательно, космос воздействует на биосферу и помимо атмосферы.

В этом скачке особенно поражают два момента: резкое изменение наследственных признаков живых существ (мутация) и резкое изменение их размеров.

В отношении эволюции живых организмов особенно показательна эпоха так называемого великого мелового вымирания, во время которого погибли многие группы пресмыкающихся, рыб, моллюсков.

Особенно грандиозных размеров вымирание достигало здесь дважды: в верхнеюрскую эпоху и в конце верхнего мела. Почему же получился перерыв в «пляске смерти»? Ответ на это может дать следующее предположение. Вероятно, космические воздействия были интенсивными всю эту эпоху, но максимума достигали в верхнемеловое время, что подтверждается массовым образованием карбонатных пород.

Общая интенсификация космических воздействий приводила к возникновению сильной облачности, такой, что небо в верхнемеловую эпоху, видимо, сплошь было закрыто. Поэтому прямые воздействия космических излучений — а именно в них нужно искать причину мутаций и вымирания — были лишь в начале и конце данной эпохи. На первом, верхнеюрском, этапе погибли диплодоки, бронтозавры. На втором, верхнемеловом, — тиранозавры, корнтозавры, игуанодоны.

В исчезновении этих гигантов есть интересная особенность, которая заставляет нас предполагать еще одного виновника смерти, кроме космических лучей. Дело в том, что очередность гибели огромных пресмыкающихся находится в прямой связи с их размерами: сначала исчезли самые большие из них, а затем уже остальные.

Хорошо известно, что животных-гигантов, подобных тем, которые жили в период великого мелового вымирания, до этой эпохи и после нее больше не существовало. Чем это объясняется? Органический мир в ходе своей эволюции завоевывал все большие просторы Земли, развивался все пышнее. Поэтому, хотя для каждого отдельного рода животных характерно в конце эволюции измельчание, максимальные размеры представителей животного мира в целом постепенно увеличивались. Но почему этому увеличению был положен предел? Неужели причина только в прямом воздействии космических лучей? Вряд ли, так как такие воздействия были и до великого мелового обновления и после. Тогда чем же это обусловлено?

Правильный ответ подсказывает И. А. Ефремов, известный писатель и палеонтолог, который пишет о животных, первоначально живших на суше: «Так, юрские зауроподы могли обитать на глубине до 3 метров, верхнеюрские, как диплодок, на 4—5 метров, нижнемеловые брахиозавры могли кормиться на глубине до 8 метров».

Это можно объяснить тем, что пресмыкающиеся все больше и больше приспосабливались к жизни в воде, уходя туда в связи с постепенно увеличивающейся силой тяжести на суше, так как в воде они, в соответствии с законом Архимеда, теряли часть своего веса и тем самым спасались от гибели. Недаром именно в воде живут и самые крупные млекопитающие современности — киты, которые при существующей сейчас силе тяжести на суше обитать не могут, и в случаях, когда их выбрасывает на берег, погибают, раздавливая себя собственным весом.

Нужно сказать, что эволюция животного и растительного царства шла по пути завоевания суши морскими животными и растениями; поэтому обратный процесс трудно понять, если исходить только из одних внутренних особенностей развития жизни. Может быть, поэтому напрашивается вывод, впервые сделанный И. В. Кирилловым, о том, что сейчас, по сравнению с прошлым, сила тяжести значительно возросла.

Но как совместить этот вывод с представлениями о расширении Земли? Среди сторонников идеи расширения очень популярно мнение, что этот процесс идет без существенного прибавления вещества. Однако если это так, а так, в частности, считает Эдьед, то плотность Земли должна уменьшаться, а масса планеты оставаться при этом неизменной. Поэтому в соответствии с известной формулой:

g = k·(m:r2),

характеризующей закон всемирного тяготения (g — ускорение силы тяжести; m — масса Земли, r — ее радиус), ускорение силы тяжести должно по мере роста размеров Земли постепенно уменьшаться. Кроме того, как предполагают известные физики Дирак, Иордан, Д. Д. Иваненко и геофизик М. У. Сагитов, а в последнее время и Эдьед, одновременно должно происходить уменьшение «постоянной» тяготения (k) и, как следствие этого, еще большее ослабление силы тяжести на поверхности Земли.

Если согласиться с тем, что сила тяжести на Земле постепенно падает, то, даже не учитывая уменьшения к, в соответствии с приведенной выше формулой и нашими расчетами о размерах Земли в прошлом получаем, что на Земле, по размерам в два раза меньше современной (меловой период, 100 млн. лет назад), ускорение силы тяжести было в четыре раза больше, чем сейчас, а на Земле, в три раза меньшей (нижний палеозой, 300—400 млн. лет назад), — в 9 (!) раз больше. В таких условиях, по нашему мнению, погибли бы не только юрские и меловые гиганты, но и вообще вряд ли смогла бы зародиться сама жизнь, которая, как известно, возникла значительно раньше.

Все это ставит под сомнение концепцию расширения Земли без приращения вещества. В противоположность этому автор развивает предложенную И. В. Кирилловым идею, согласно которой процесс расширения Земли идет с одновременным приращением вещества. Правда, прямых данных о приращении массы Земли пока еще нет, но косвенные выглядят вполне реально. В самом деле, если процесс расширения характерен для Земли, то естественно предположить, что он может происходить и на других планетах. Поэтому не случайно подмеченное И. В. Кирилловым большое сходство современного Марса с «коровой Землей». Отсюда можно сделать вывод, что сейчас Марс живет в эпоху, подобную нашей юрской или нижнемеловой. Другая схожая с Землей планета — Венера, по размерам несколько меньшая, чем Земля, вероятно, переживает этап развития, уже пройденный нашей планетой, но еще не достигнутый Марсом. С этим этапом, по всей видимости, и связаны бурные процессы, происходящие в ее атмосфере. Следовательно, Марс, Венера, Земля находятся сейчас на различных стадиях общего для всех планет процесса расширения. Если мы разместим эти планеты по их величине, то получится ряд: Марс — Венера — Земля, для которого характерно последовательное увеличение размеров и массы в направлении от Марса к Земле, и соответственное этому возрастание силы тяжести. Такая же закономерность наблюдается и у более крупных планет (Уран, Нептун, Сатурн, Юпитер), массы которых также прямо пропорциональны их размерам. Отсюда, вероятно, можно сделать вывод: рост планет, который мы рассматриваем как результат процесса расширения, характеризуется одновременным увеличением их размеров и массы.

Встает, однако, вопрос: за счет чего может происходить прирост массы планет? Представители школы О. Ю. Шмидта считают, что это результат притока метеоритных частиц. Однако, по крайней мере в последние 2—3 млрд лет, он был ничтожен (эту точку зрения разделяют и сторонники шмидтовских идей). В самом деле, ведь никакой существенной прибавки метеоритного вещества в пределах доступной для обозрения части земной коры не отмечено, хотя возраст ее не менее 3—3,5 млрд лет. В то же время, как показывают расчеты, сделанные автором, именно в последние геологические эпохи увеличение размеров Земли шло наиболее интенсивно. Следовательно, рост Земли, сопровождающийся прибавкой ее массы, не идет за счет притока метеоритного вещества.

Тогда снова возникает вопрос: что же все-таки определяет приращение?

Нужно сразу сказать, что из всей проблемы расширяющейся Земли это наименее выясненный вопрос. При его рассмотрении мы сталкиваемся с типичным для развития естествознания моментом: предполагается новый провесе, а причины его еще не вскрыты.

По мнению автора, в определении скрытых «пружин» расширения Земли ближе других к истине подошел Хильгенберг.

Он, как уже упоминалось, считал, что гравитационное поле «порождает» «весомые» частицы: протоны, нейтроны и другие. Возникая внутри Земли, они и наращивают ее массу.

Думается, что этот процесс происходит значительно шире, чем предполагал Хильгенберг: вероятно, он касается не только гравитационного, но и других полей, как уже известных, например, электромагнитного, так и, возможно, еще ждущих своего открытия.

Для того чтобы уяснить себе процесс «рождения вещества», скажем несколько слов о строении звездных систем.

Известно, что центральные части большинства галактик представляют собой плотное скопление вещества. В ходе развития звездные системы расширяются, что должно вести к разуплотнению их центральных ядер. Если бы все галактики были молоды, то плотность их центральных ядер явилась бы свидетельством, что процесс формирования этих гигантских звездных скоплений только начался. Но в том-то и дело, что в колоссальных, но уже обозримых просторах Вселенной астрономам приходится сталкиваться с системами, находящимися на разных стадиях развития, и тем не менее у них имеется общая черта — плотные центральные ядра (кстати, это характерно и для нашей звездной системы — системы Млечного Пути).

Из этого, вероятно, можно сделать вывод: в центре галактик все время в грандиозных масштабах происходит «рождение вещества», поэтому плотность центральных частей галактик остается высокой, несмотря на идущий все время процесс расширения звездных систем. Вероятно, «рождение вещества» происходит здесь за счет того же процесса (но в иных масштабах), который идет, как уже говорилось, и на Земле.

Разберем это несколько подробнее. Мы знаем, что поле и вещество качественно различные формы материи. Переход одного в другое и создает впечатление «рождения вещества», что отвечает фактически переходу материи из одного состояния в другое. Так как постоянно идет расходование энергии полей, то, для того чтобы они не исчезли, необходим гигантский энергетический источник, их пополняющий. Именно такой материальный источник, связанный с процессом рождения энергии в ходе времени, уже подмечен известным советским астрономом Н. А. Козыревым и делается попытка дать его рациональное объяснение.

Теперь встает вопрос, как широко этот процесс распространен?

Может быть, он ограничивается гигантскими скоплениями плазмы (ионизованного газа) в ядрах галактик, протекая в условиях господствующих там сверхвысоких температур и давлений? Конечно, нет. И опровергается эта версия анализом распространения во Вселенной водорода. Вероятно, он представляет собой первый продукт процесса «рождения вещества». Как известно, водород наиболее распространен и в холодном межзвездном веществе, и на любой звезде, и на некоторых планетах (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

Имея в виду, что Вселенная существует вечно, а количество водорода в процессе эволюции должно уменьшаться в результате перехода его в более тяжелые элементы, следует считать, что повсеместное его развитие предполагает и его повсеместное и постоянное возникновение.

Дальнейшая эволюция «рожденного вещества» по восходящей линии, с нашей точки зрения, идет путем постепенного утяжеления ядра атома, вплоть до образования радиоактивных (наиболее тяжелых по атомному весу) элементов.

Вероятно, на этих путях возникает азот (именно поэтому являющийся основной составной частью земной атмосферы), кремний (основная составная часть литосферы), железо (предположительно основная часть ядра), а возможно, и кадмий (слагающий, как предполагает автор, ядрышко Земли). Процесс этот можно изобразить так:

N147 → Si2814 → Fe5626 → Cd11248

Отсюда видно, что возможно основное направление эволюции вещества — удвоение атомного веса: атомный вес азота — 14, кремния — 28, железа — 56, кадмия — 112.

Процесс рождения азота (безусловно, через ряд превращений) из водорода пока еще не ясен, видимо, потому что фаза развития Земли, на которой этот процесс был широко распространен, в основном пройдена, и сейчас этот процесс для Земли не характерен.

Кстати, реакции, рассмотренные нами, известны, но по нисходящей линии от тяжелых к более легким атомам: железо при расколе ядра переходит в кремний, а он в свою очередь — в азот.

Все остальные элементы возникают как боковые ветви этой линии при восходящей и нисходящей ее эволюции.

Почему же развитие элементов по восходящей линии, которое, как нам кажется, и приводит к росту Земли изнутри, так плохо еще изучено?

На наш взгляд, это связано с невозможностью непосредственно наблюдать «рождение вещества». Но мы можем предположить, что этот процесс, вероятно, происходит и внутри ядер атомов, правда, еще плохо изученных, где в микромасштабах имеются условия, в значительной степени схожие с теми, которые господствуют в центре звезд и звездных скоплений — условия гигантских температур и давлений. Это, видимо, в значительной степени снимает различие, существующее между раскаленной звездной плазмой и холодным веществом остальной части Вселенной, и позволяет предположить, что условия возникновения элементарных частиц существуют повсеместно.

И так как штурм атомов продолжается, нет оснований сомневаться в том, что среди других тайн будет открыта и тайна «рождения вещества». Это поможет, по нашему мнению, выявить физическую сущность гипотезы расширения Земли.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: