Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

Физическая география — наука о

географической

оболочщИ

Земли,

ее составе, структуре, особенностях формирования и

раз-

вития, пространственной дифференциации. В ее состав входят: 1

общая

физическая

география, региональная физическая

гсогра-|

фия и отраслевые физико-географические науки.

Общая физическая география — это фундаментальная физико-

географическая наука, занимающаяся изучением закономерно-

стей структуры, функционирования, динамики и эволюции

гесЛ

графической оболочки Земли, общие проблемы

территориальноЙЯ

дифференциации (зональность, природные районы разных

ран-:

гон).

Также она изучает сложные природные

шлриродно-ант3

погенные системы

—

ландшафты как части географической

осЛ

лочки Земли. К ней же относят и палеогеографию — науку о

зако-1

номерностях развития этой оболочки, истории

взаимодействия^

природы

.и

человека, ландшафтах геологического прошлого.

Региональная физическая география изучает конкретные

ло-

кальные территории, особенности их природы, естественных ре-

сурсов, процессы развития и формирования. В качестве объек-

тов выступают территориальные единицы любого ранга — от стран

до мелких районов.

Отрас/гевые физико-географические науки также изучают гео-

графическую оболочку Земли, но в качестве объекта изучения I

берут лишь одну сторону или структурную часть этой оболочки.

Выделяют восемь таких наук:

•

геоморфология — изучает исторически развивающийся рель-

еф земной поверхности, исследует внешний

облик

'рельефа

суши и морского дна. Также она рассматривает воздейст-

вие на рельеф эндогенных и экзогенных процессов, влия- |

ние человека на рельеф;

• климатология — наука о климате, его формировании, гео-

графическом распространении и изменении во времени. Она

собирает данные об атмосферных процессах за длительный

период, обобщает результаты измерений параметров погоды.

Это дает возможность судить о климатическом режиме;

• гидрология суши — исследует закономерности процессов и

явлений,

протекающих в природных водах суши, форми-

рование водного баланса, структуру речных потоков, ледо-

вый режим, химический состав вод и т.д. Объектами ее

изучения являются реки, озера, болота;

• океанология — наука о природных процессах в Мировом

океане. Она стремится выявить общие закономерности при-

роды океана как единого целого. Есть специалисты по фи-

зике, химии, геологии, биологии океана;

306

экономическая

география

гляциология — наука о природных льдах на поверхности Зем-

ли, в атмосфере, гидросфере и литосфере. Она изучает ре-

жим и динамику развития льдов, их взаимодействие с окру-

жающей средой, роль льда в развитии Земли. Также предме-

том внимания являются снежно-ледниковые ресурсы, дви-

жение ледников, снежные лавины, история оледенения;

. геокриология

(мер&ютоведение)

— наука о мерзлых почвах

и горных породах, процессах их образования, развития и

условиях существования. Также изучаются процессы про-

мерзания и оттаивания мерзлых толщ;

география почв — изучает закономерности формирования и

пространственного размещения почв. В сфере ее интересов

факторы почвообразования, региональная география почв;

• биогеография — изучает закономерности распространения

живых организмов в зависимости от факторов окружаю-

щей среды, а также связи организмов со средой.

Социально- Социально-экономическая география пред-

ставляет общественную область географии.

Это комплекс научных дисциплин, изучаю-

щих закономерности общественного произ-

водства и расселения людей. Иными словами, социально-эко-

номическая география исследует территориальную организацию

жизни общества, особенности ее проявления в отдельных стра-

нах, районах и местностях. Иногда эту науку также называют

общественной географией или географией человека.

Социально-экономическая география также подразделяется

на

общую,

региональную и отраслевые дисциплины.

Общая социально-экономическая география изучает общие во-

просы теории и методологии этой науки, закономерности тер-

риториальной организации общественного производства, про-

странственные процессы и формы организации жизни людей.

Региональная социально-экономическая география под тем же

углом зрения исследует конкретные районы, страны и регионы.

Отраслевые социально-экономические географические науки изу-

чают частные вопросы и проблемы, отдельные стороны объектов

социально-экономической географии. Выделяют шесть таких наук:

• география населения — часть экономической географии, изу-

чающая структуру, размещение и территориальную органи-

зацию населения, которое рассматривается в процессе обще-

ственного воспроизводства и взаимодействия с природным

окружением. Она устанавливает пространственные законо-

мерности, динамику этих черт населения. В свою очередь

307

она подразделяется на географию города, села, миграции

трудовых ресурсов; ,

• география промышленности — изучает

территориалънукя

структуру промышленного производства, объективные за-

кономерности и специфические особенности развития

промышленности в целом и по группам отраслей; - "

• география сельского хозяйства — изучает закономерности

особенности территориальной дифференциации сельскохо-

зяйственного производства, производственные типы сель-

ского хозяйства, а также сельскохозяйственные земли;

• география транспорта — в центре ее внимания

территори-1

альная структура транспорта, закономерности и специфи- |

ческие особенности его размещения, степень транспортной •

освоенности территорий, транспортные сети и системы

транспортных потоков;

. география природных ресурсов — изучает географию отдель-

ных видов природных ресурсов и их сочетаний, пути ра-

ционального использования ресурсов, проблемы их эконо-

мической оценки, дает прогноз состояния ресурсной базы;

• рекреационная география — наука о рекреационной деятель-

ности человека, районах отдыха, рекреационных ресурсах, а

также вопросах туризма.

К то

<Ь

то

°бласть

науки, техники и производства.

РФ

на

нах

одится

на стыке технических, есте- :

ственных и общественных наук. Долгое время считалось, что

составление карт — главная обязанность географии. Самостоя-

тельной наукой картография стала лишь в середине XIX в., чему

способствовали успехи математических наук и прогрессивные

сдвиги в познании мира.

Картография — это наука об отображении и исследовании яв-

лений природы и общества посредством

образно-знаковых

моделей

{картографических изображении). Картография позволяет про-

следить размещение, свойства и взаимосвязи данных

явжний.

Для выполнения поставленных перед ней задач картография

создала теорию картографирования, разработала математическую

основу карт, их проектирование и составление. Важной частью

картографии является создание языка карт и правил их исполь-

зования (чтения).

Сегодня существует огромное множество видов карт, разли-

чающихся по объекту, методу, масштабу. Выделяют также разные

отрасли картографирования — научное, научно-справочное, учеб-

ное, туристское, навигационное и др. Очень широк спектр темати-

308

ки

карт — геологические, почвенные, геоботанические, ландшафт-

ные, экологические, экономические, политические и др.

Географическая карта — это уменьшенное обобщенное изо-

I бражение земной поверхности на

п/юскости.

Показываемые явления отображаются в особых картографиче-

ских проекциях с помощью особых символов. Карта дает воз-

можность получать правильные данные о положении, размерах и

форме изображаемых земных объектов. Использование картогра-

фических знаков позволяет изображать земную поверхность с же-

лательным уменьшением (масштабом), показывать рельеф мест-

ности, внутренние свойства изображаемых предметов (на карте

моря можно показать физические особенности вод и течений),

распространенность явлений и т.д.

Четвертый ^

нему относятся так

называемые стыковые

уровень научные дисциплины. Они возникают в ре-

географического зультате интеграции наук, в сфере внимания

знания которых оказываются одни и те же объекты.

На стыке географии и политологии в

конце XIX — начале XX в. возникла политическая география.

Основоположником

этой

науки считают Ф.

Ратцеля,

автора

«Политической географии» (1887). Предметом ее исследования яв-

ляется территориальная расстановка классовых и политических

сил в связи с социально-экономическими, политическими, эт-

нокультурными и природными особенностями развития

регио-

нов и стран, а также их районов.

Данная наука изучает особенности политического и государ-

ственного устройства разных стран, процессы формирования тер-

ритории государства, делает анализ структуры населения, рас-

становки политических сил, партий и движений. Рассматрива-

ются радикальные изменения на политической карте мира, но-

вые соотношения политических сил на мировой арене, регио-

нальные конфликты и глобальные проблемы современности. В

последнее время повышенный интерес вызывают исследования

в области электоральной географии, которая занимается анали-

зом предвыборных кампаний и самих выборов на государствен-

ном и межгосударственном уровнях.

На стыке географии и истории в конце XVIII в. зародилась

историческая география. Она изучает конкретную географию про-

шлого и ее изменения на разных исторических

этапах.

сфере

интересов этой науки развитие и изменение географической

среды за

историческое

время; политическая карта и государст-

венный строй прошлых эпох; основные демографические харак-

309

теристики

населения прошлого; социальные и

экономически

характеристики прошлых обществ, исторические аспекты

развви

тия материальной и духовной культуры.

На стыке географии с военной наукой находится военная

гео-'

графин. Успех любой военной операции во многом зависит

<у\

правильного учета особенностей местности, на которой эта

опе;

рация проводится. Специалисты в этой области изучают воен-

ные блоки и союзы, их внутреннюю и внешнюю политику,

оча-1

ги политической напряженности, могущие перерасти

военные

конфликты, военно-экономический потенциал отдельных

стран,!

изучение потенциальных театров военных действий

(составле-1

ние подробных карт). Также развивается военное

страноведение,.!

изучающее с перечисленных позиций различные страны (потенци- ]

альных союзников и противников).

Этногеография возникла на стыке этнографии и географии.

Она изучает особенности расселения народов мира для опреде-

ления их этнических границ, динамики и численности населе-

ния. С этногеографией достаточно тесно связана география куль-

туры, сформировавшаяся на стыке культурологии и географии,

изучающая территориальную дифференциацию культуры и ее от-

дельных компонентов, элементов материальной и духовной куль-

туры. Ведь специфика культуры каждого этноса во многом оп-

ределяется особенностями природных, климатических условий,

в которых этот этнос живет.

Недавно на стыке между географией и медициной возникла I

медицинская география, которая изучает те факторы и условия

окружающей среды, которые влияют на здоровье населения.

}

Также она исследует закономерности распространения болезней

человека.

Еще в начале XX в. на стыке химии и наук о Земле возникла

геохимия — наука о химическом составе Земли, закономерностях

распространения химических элементов в различных геосферах,

законах их поведения, сочетания и миграций. Объектом иссле-

дования геохимии является круговорот веществ в природе, ее

составляющими — гидрохимия и геохимия ландшафтов.

Большое развитие получила геофизика — наука о внутреннем

строении, физических свойствах и процессах, происходящих в

геосферах.

На стыке географии, лингвистики и истории возникла топо-

нимика — наука о географических названиях, их происхождении,

развитии и современном состоянии, смысловом значении, на-

писании и передаче с одного языка на другой.

310

Топонимы (географические названия) — это очень устойчи-

вые слова, сохраняющиеся веками и являющиеся поэтому исто-

рическими памятниками.

Кроме,

того, они всегда относятся к

конкретной географической территории и поэтому отражают ее

особенности. Изучение топонимов дает специалисту богатейший

материал для познания особенностей природных условий дан-

ной территории, а также о людях, живущих на ней, их занятиях

в прошлом и настоящем.

13.5. Основные географические понятия

Для естествознания особое значение имеет ряд понятий, ис-

пользующихся в географии. Центральным понятием географии

является географическая оболочка. Это понятие было введено в

1910

г. русским метеорологом

П.

И.

Броуновым

для обозначения

земной поверхности, на которой происходит активное взаимо-

действие входящих в нее сфер — литосферы, гидросферы, атмо-

сферы и биосферы. Географическая оболочка — сложная, упо-

рядоченная система, части которой находятся в отношении ие-

рархического соподчинения.

Физико-географические

процессы

в этой оболочке протекают под воздействием как солнечной, так

и внутренних источников энергии. При этом все виды энергии,

поступающие в нее, претерпевают трансформацию и частично

консервируются. Важнейшими свойствами географической обо-

лочки являются целостность, обусловленная круговоротом ве-

щества и энергии между ее компонентами, и ритмичность —

повторяемость во времени тех или иных явлений.

Географическая оболочка делится на зоны, являющиеся

цело-

стными природными комплексами, все части которых находятся в

тесной взаимосвязи. Они достаточно четко выделяются от экватора

до полюсов: полярные пустыни, тундры, лесотундры, тайга, лесо-

степи, степи, полупустыни, пустыни и др. Более крупным образо-

ванием являются географические пояса — арктический, субарктиче-

ский/'северный

умеренный, северный субтропический, северный

тропический, субэкваториальный, экваториальный и др.

Широко распространено понятие о географической среде. Оно

было введено еще в конце XIX в. французским географом Э.

Реклю

и российским ученым

Д.Я.

Мечниковым для обозначения той части

географической оболочки Земли, которая представляет собой сфе-

ру жизни и деятельности человека. Сегодня чаще используют тер-

мин «окружающая среда», под которым понимают всю среду оби-

тания и производственной деятельности человеческого общества,

311

весь окружающий человека материальный мир, включая

природЛ

ную и техногенную среду.

Также широко используется в наши дни понятие

геосистемы.

Геосистема — природное образование, территория, на кото-

рой отдельные компоненты природы находятся в тесной взаимо-

связи связи друг с другом, с соседними участками, с человеческим

обществом и космосом.

Сегодня выделяют: природные геосистемы, практически

н^

измененные человеком; антропогенные системы, целиком

создан-!

ные человеком (города, промышленные объекты);

природной

антропогенные системы, в которых происходит взаимодействие

природных и антропогенных процессов. В наши дни подавляющее

большинство геосистем являются

природно-антропогенными.

В географии большое значение имеет изучение ландшафтов.

]

Ландшафт — природный однородный территориальный ком-

плекс, для которого характерны единство геологического строе-

ния, определенный тип рельефа и единый климат.

Ландшафт включает в себя рельеф с образующими его

горны-;]

ми породами, почвы с корой выветривания, воды, воздух и

жи-,]

вые организмы.

В наши дни по мере роста воздействия человека на окру-

жаюшую среду природные ландшафты начинают меняться и пре- .1

вращаются в антропогенные. При этом увеличивается их разно-'я

образие, появляются

агроландшафты,

лесохозяйственные,

гор-|

непромышленные, рекреационные ландшафты. Также выделяют

]

городские и сельские ландшафты.

Ц^?

Вопросы для обсуждения

Что такое геология? Из каких разделов она состоит?

2. Какие горные породы вы знаете?

3. Что такое вулканы? Как они возникают?

4. Что вы знаете о землетрясениях?

5. Как вы думаете, что более опасно: извержение вулкана или землетря-

6. В чем суть идеи Вегенера? Был ли он прав? Что по этому поводу гово-

рит современная тектоника?

7. Изложите основные идеи исторической геологии.

8. Дайте определение географии как науки.

9. Перечислите основные направления современного географического

Глава 1 4

Современные представления

о строении Земли

Замечательный русский ученый К.Э. Циолковский назвал Зем-

лю колыбелью человечества. Наша планета — это наш родной

дом, в котором мы живем и еще долго будем жить. Поэтому

планета Земля вызывает особое отношение у человека. В опре-

деленном смысле она выделена самой природой. Из всех планет

Солнечной системы только на Земле существуют развитые фор-

мы жизни, приведшие к появлению разума. Таким образом, толь-

ко на нашей планете произошел переход через очередную точку

бифуркации в эволюции Вселенной, связанный с глубоким ка-

чественным скачком к высшим формам упорядоченности. По-

этому нам важно понять, чем Земля отличается от других планет

Солнечной системы, каково ее происхождение и строение.

Для этого нужно сопоставить данные о Земле с тем, что нам

известно о других планетах, особенно о планетах земной

группы.

Этими вопросами занимается сравнительная планетология — но-

вое научное направление, возникшее во второй половине XX века.

14.1. Земля среди других планет

Солнечной системы

Планеты Солнечной системы делятся на две группы:

• планеты земной группы (внутренние планеты) — Мерку-

рий, Венера, Земля и Марс;

• внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и

Плутон.

«...

...

„„,..,™

. Внешние планеты значительно отличаются

внешние

планеты

Солнечной системы

по массе

составу и строению от внутрен-

них планет. Они имеют низкую среднюю

плотность (0,7—1,7 г/см

), что определяется их газовым соста-

вом. Газовые оболочки внешних планет в основном состоят из

водорода и гелия. Также все эти планеты имеют большое число

спутников.

313

Юпитер — самая крупная планета Солнечной системы. Его |

масса в 31 раз больше массы Земли и в 2,3 раза больше массы

всех остальных планет, вместе взятых. Практически вся

массЗ

Юпитера — это охлажденное солнечное вешество. Поэтому)

средняя плотность Юпитера — 1,3 г/см

, что немного

превыша-]

ет плотность воды. Считается, что планета состоит из централь-

ного ядра с массой 40 земных масс, которое сложено из

твердо-Я

го каменного материала в уплотненном состоянии. Далее

идетв

обширная зона, состоящая из водорода. Внутренняя часть этом

зоны от центра планеты до 40 000 км находится под

давлением!

3 млн атмосфер и при температуре 10 000 К. Водород при

этих!

условиях находится в жидком состоянии и приобретает

структу-1

ру металла. Электрические токи, возникающие в нем,

создают

мощное магнитное поле планеты.

Внешняя оболочка простирается до 70 000 км и также

состо-1

ит из жидкого водорода. Над ней находится собственно атмо- 1

сфера Юпитера, состоящая из водорода, гелия, метана и аммиа- 1

ка. Толщина атмосферы составляет 1000 км. Большое

семейство!

спутников Юпитера (15)

представляет

Солнечную систему в ми- I

ниатюре. При этом средняя плотность спутников зависит от |

расстояния от Юпитера, подтверждая закономерность,

общую

]

для Солнечной системы.

Сатурн — вторая по величине планета. У нее самая низкая ]

плотность из всех планет (0,7 г/см

), что указывает на ее в

ос-1

новном газовый состав. Поскольку сутки на планете составляют ]

всего 10 часов, из-за быстрого вращения Сатурн сильно сжат у

полюсов. Внутреннее строение Сатурна примерно такое же, как I

у Юпитера. Самым примечательным свойством Сатурна являются

кольца, окружающие планету в экваториальной плоскости. Они

состоят из мелкого каменного материала, покрытого льдом.

Предполагается, что кольца — это остатки того протопланетного

роя, из которого возникли спутники Сатурна (всего их 17).

Уран и Нептун — более далекие и хуже изученные планеты.

Они имеют более высокую плотность, чем Сатурн, поэтому на них

больше веществ, тяжелее водорода и гелия. Эти планеты имеют

ядра диаметром 16 000 км, которые окружены мантиями, со-

стоящими изо льда, и газовые оболочки из водорода с примесью

метана. Уран и Нептун также имеют спутники, но о них нам

почти ничего не известно.

Плутон — самая далекая малая планета, не входящая в семей-

ство газовых гигантов. Его размеры соизмеримы с Луной. Темпе-

ратура на его поверхности всего 50 К, поэтому все газы, кроме

314

водорода и гелия, там выморожены. Считается, что поверхность

планеты состоит из метанового льда. В 1978 г. был открыт спут-

ник Плутона — Харон. Так же, как и Земля с Луной, Плутон и

Харон представляют двойную планетную систему. Интересно, что

масса Харона составляет 1/10 массы Плутона, что является са-

мым высоким показателем в Солнечной системе.

_ Планеты земной группы отличаются от пла-

земной

группы

нет-гигантов,

а также друг от друга. Среди

них нет двух одинаковых планет. Они от-

личны по размерам, физико-химическим

параметрам,

строению

недр и поверхностей, составам атмосфер. В основном эти раз-

личия определены начальными условиями формирования пла-

нет — химическим составом, плотностью

веществд

в тех частях

протопланетного облака, где эти планеты формировались. Также

на них влияло расстояние от Солнца, резонансное взаимодейст-

вие с ним и другими планетами.

Меркурий — ближайшая к Солнцу планета, имеющая самую

высокую среднюю плотность. Это указывает на то, что ядро Мер-

курия состоит из металлов. Поверхность Меркурия напоминает

Луну, так как покрыта многочисленными кратерами ударного про-

исхождения. Атмосферы на планете нет. На освещенной стороне

температура достигает 625 К, поэтому молекулы газов приобретают

скорость, достаточную, чтобы навсегда покинуть планету.

Венера — планета, по своим размерам, массе и средней плот-

ности наиболее близкая к Земле. У нее самая мощная атмосфера

из всех планет земной

группы,

на 97% состоящая из углекислого

газа. Температура у поверхности Венеры достигает 750 К при

давлении в 90 атмосфер. На Венере есть кора, аналогичная зем-

ной. Внутренняя структура планеты также должна быть похожей

на земную — металлическое ядро и силикатная мантия.

Земля — самая крупная из внутренних планет. У нее есть очень

крупный спутник — Луна, масса которой составляет 1/81 массы

Земли. У Земли очень необычная

азотно-кислородная

атмосфе-

ра, единственная в Солнечной системе. Кроме того, на Земле

есть жизнь и разум. Под действием притяжения Солнца Земля,

как и другие тела Солнечной системы, обращается вокруг него

по эллиптической орбите, мало отличающейся от круговой. Тем

не менее, расстояние от Земли до Солнца в течение года меня-

ется почти на 5 млн км. Скорость движения Земли по орбите —

около 30 км/с. Вместе с Солнцем Земля участвует в движении

вокруг центра Галактики со средней скоростью 250 км/с. Если

315

смотреть на Землю, поднявшись над Северным полюсом, то

витальное движение Земли происходит против часовой

стрелкнД

т.е. в том же направлении, что и осевое вращение Солнца, 1

осевое вращение Земли, и обращение Луны вокруг Земли.

называется прямым

вращением.

Притяжение Луны создает приливные деформации как

атмо-в

сферы с гидросферой, так и твердой оболочки Земли. В

резуль-Д

тате вращение Земли замедляется, а Луна удаляется от Земли.

столетие период вращения Земли вокруг своей оси возрастает

несколько миллисекунд. 500 млн лет назад земные сутки ,

лись около 21 часа.

Так как Земля имеет сплюснутую форму, а орбита Луны I

лежит в плоскости земного экватора, притяжение Луны

вызыв:

медленный поворот земной оси в пространстве —

прецессш

Полный поворот происходит за 26 тыс. лет. В результате

медлен-1

но изменяется картина суточного вращения звездного неба.

Око-1

ло 4 тысяч лет назад полюс мира был вблизи

Дракона,

теперь!

же он расположен вблизи Полярной звезды, а через 12 тыс. лет ]

«полярной» звездой станет

Вега.

На это движение помимо

проче-1

го накладываются периодические колебания направления оси — I

нутация, период которой составляет 18,6 года. Вместе это приво- 1

дит

к перемещению географических полюсов по земной поверх- 1

ности.

Сейчас Северный полюс смещается в сторону

Северной

Америки со скоростью И см в год.

Луна — наш спутник и ближайшее к нам космическое тело. !

Поверхность Луны изучена достаточно хорошо. Она состоит из ]

светлых участков, образованных горными системами, и темных 1

участков — морей. Названия для них были предложены еще в ]

XVII в. На лунной карте есть Море Дождей, Море Ясности, |

Море Изобилия, Море Спокойствия, Океан Бурь и

др.

Кроме I

того, на Луне множество кратеров ударного происхождения, са-

мые крупные из которых называются лунными цирками.

Луна представляет собой сферическое тело, сложенное из си-

ликатного материала и лишенное металлического ядра. Луна со-

стоит из коры мощностью 20—30 км, мантии, достигающей глу-

бины 1000 км, и силикатного ядра радиусом 700 км. Лунная кора

похожа на земную океаническую кору, а мантия и ядро отлича-

ются от земных. На Луне отсутствует атмосфера, хотя недавно

обнаружена вода в виде льда.

До сих пор загадкой остается происхождение Луны. Приве-

денная нами выше концепция

Альвеиа—Аррениуса

не работает

при описании Луны. Поэтому Альвен и Аррениус предположи-

316

ли, что Луна начала формироваться как самостоятельная плане-

та,

но ее струйный поток в силу невыясненных обстоятельств

располагался в непосредственной близости от более мощного

струйного потока Земли. Эти потоки пересеклись, и струйный

поток Луны был захвачен струйным потоком Земли. Дальней-

шее формирование двух планетных тел шло совместно. Вторже-

ние Луны в окрестности Земли прекратило формирование вто-

ричных тел (по гипотезе

Альвена—Аррениуса,

должно было об-

разоваться пять небольших спутников), и вместо еще одной

внутренней планетной системы появилось сообщество планеты

планетоподобного спутника.

Существуют и другие гипотезы. Еще Дж. Дарвин высказал

идею возможного отделения Луны от Земли на ранних этапах ее

истории. Также высказывается предположение о захвате Луны,

сформировавшейся как планета вблизи Солнца, Землей. Это

произошло в результате воздействия Меркурия на орбиту Луны

(она имела радиус 0,28 а.е.). При этом Меркурий приобрел

сильно вытянутую орбиту, а Луна приблизилась настолько близ-

ко к Земле, что была захвачена ей. Есть также интересные гипо-

тезы, которые предлагают рассматривать Меркурий в качестве

бывшего планетоподобного спутника Венеры, покинувшего «хо-

зяйку» и поднявшего свой статус до полноправной планеты.

Еще одна группа гипотез предлагает варианты катастрофиче-

ского происхождения Луны. Возможно, Луна появилась в ре-

зультате касательного столкновения Протоземли с Протомарсом

на заре истории этих планет. При этом произошло отделение

громадного куска вещества из того места, где сейчас находится

впадина Тихого океана. Отделившийся кусок стал Луной, а по-

теря Землей части своего вещества привела к наблюдаемому се-

годня неравномерному распределению ее массы.

Марс ~ последняя планета земной группы. Он наиболее

удален от Солнца и имеет самую низкую среднюю плотность

вещества. Марс значительно меньше Земли и имеет маломощ-

ную атмосферу (атмосферное давление на поверхности состав-

ляет 6 мм рт. ст.), состоящую из углекислого газа. Поэтому по-

верхность планеты покрыта метеоритными кратерами. На Марсе

есть вода, образующая белые полярные шапки. Поверхность

Марса имеет характерный красноватый цвет, который придают

ей окислы железа. У Марса два спутника — Фобос и Деймос.

Они имеют неправильную форму и, возможно, являются захва-

ченными Марсом астероидами.

317

Современные знания о Солнечной системе в

концентриро-1

панком виде приведены в табл. 14.1.

Таблица

14.1.

Основные данные о планетах земной группы

Параметр

Радиус, км

Относитель-

ная масса

Средняя плот-

ность, г/см

Среднее рас-

стояние от

Солнца, а.е.

Период об-

ращения (в

земных гадах)

Период вра-

щения

Направление

вращения

Магнитное

поле, гамм

Меркурий

2439

0,06

5,44

0,337

0,24

прямое

350

Венера

0,82

5,24

0,723

0,62

243"

обрат-

ное

10-15

Земля

5,52

23,9*

прямое

35000

Марс

3378

0,107

3,96

1,524

1,88

24,6*

прямое

Примечания

Масса Земли

5,98

•

кг

1а.е.

= 1,5-108 км

Земной год

= 365,26 суток

—

в земных сутках;

А — в земных часах

Сравнительная ^

3 всех планет

земной группы Земля — са- 1

характеристика

мая

боль

шая

планета. Но как показывают]

планет земной оценки, даже такие размеры и масса оказы-|

группы

ваются

миним&чьными,

при которых планета

]

способна удержать свою газовую атмосферу. |

Тем не менее, Земля теряет водород и другие легкие газы, что I

заметно по шлейфу, который тянется за нашей планетой. Венера I

почти равна по размерам и массе Земле, но она ближе к Солнцу

]

и получает от него больше тепла. Поэтому она давно потеряла I

весь свой

свободный

водород. У двух других планет атмосфера |

либо отсутствует (как у Меркурия), либо сохранилась в очень |

разреженном состоянии (как у Марса).

Наиболее близкие к Солнцу планеты — Меркурий и Венера

обладают очень медленным вращением вокруг оси, продолжаю-

щимся десятками и сотнями земных суток. Медленное вращение

этих планет, по-видимому, связано с их резонансным взаимодей-

ствием с

Солнцем

и друг с другом. Земля и Марс делают оборот

вокруг своей оси примерно за одинаковое время — 24 часа.

Венера — единственная

планета,

имеющая обратное вращение,

противоположное направлению вращения Солнца вокруг своей

оси. Она как бы опрокинута «вверх ногами»

на

своей

орбите.

Из всех планет только Земля обладает сильным магнитным

полем, на два порядка превосходящим значения магнитных по-

лей у других планет.

Важнейшей характеристикой любой планеты является нали-

чие (или отсутствие) атмосферы. Три из четырех планет обладают

заметной атмосферой. Атмосфера Земли кардинально отличается

от атмосфер других планет: в ней мало углекислого газа, много

молекулярного кислорода и паров воды. Это связано с тем, что

вода морей и океанов Земли хорошо поглощает углекислый

газ",

живое вещество биосферы планеты насыщает атмосферу кисло-

родом, образующимся в ходе процессов фотосинтеза. Подсчеты

показывают, что если освободить всю поглощенную водой океа-

нов углекислоту и одновременно убрать

из

атмосферы кислород,

накопленный за счет жизнедеятельности растений, состав земной

атмосферы стал бы подобным составу атмосфер Венеры и Марса.

Относительно малые размеры Марса не позволили ему удер-

жать плотную атмосферу. Тем не менее, раньше она

была

более

плотной из-за процессов активного выделения газов из

недр

планеты. Тогда, очевидно, условия на планете были более мяг-

кими, без резких перепадов дневных и ночных температур.

Сей-

час же в разреженной атмосфере Марса возникают настолько

мощные пылевые бури, что они поднимают массы песка на вы-

соту многих километров, практически скрывая поверхность пла-

неты от наблюдателей за непроницаемой завесой пыли.

Венера, напротив, имеет очень плотную атмосферу, в основ-

ном состоящую из углекислого газа.

Возникший,

из-за этого пар-

никовый эффект разогрел поверхность Венеры до огромных тем-

ператур. Близость Венеры к Солнцу способствовала быстрой по-

тере водорода, что привело к невозможности появления воды и

снижения температуры на поверхности планеты до приемлемого

уровня.

На Венере, таким образом, отсутствует гидросфера. Да и в ат-

мосфере пары воды присутствуют в очень незначительном коли-

честве. Причины этого до сих пор

неизвестны.

Тем не менее, су-

ществует Предположение, что отсутствие гидросферы, очень мед-

ленное обратное вращение и отсутствие своего магнитного поля у

319

Венеры являются

следствием

некоей общей

причины,

опред

лившей различия в путях развития Венеры и Земли.

На Марсе в прошлом (примерно миллиард лет назад) суш

ствовала

гидросфера. А три миллиарда лет назад там,

возмоао

был океан. В наши дни вода на Марсе существует в виде инея

льда в полярных шапках этой планеты. Также вода должна

бы

на планете в слое вечной мерзлоты. Поэтому на Марсе мол

существовать жизнь, по крайней мере, в простейших

ее

форма)

Лишь на Земле гидросфера развита настолько хорошо, что

существует в виде Мирового океана, занимающего большую чао

поверхности нашей планеты. Поэтому наша планета должна (

называться не Землей, а Океаном.

Существенно отличаются также и рельефы планет

земно

группы, что связано с различиями в вулканических и

геологичб

ских процессов на них. Сегодня считается, что

тектоническ!

активность может служить мерилом жизнеспособности планет

в целом. Если тектоническая деятельность отсутствует или

зн

чительно

сокращается, можно делать вывод об умирании

это

планеты. При тектонической деятельности идет активный обме

веществом и энергией между поверхностью и недрами планеты

При этом формируется и поддерживается атмосфера,

гидросфе

ра и господствующие типы рельефа местности. С

прекращение!

тектонической активности планета превращается в мертвое

не

бесное тело, на котором преобладают процессы деградации.

Земля и в наши дни отличается высокой тектонической

ак

тивностью, ее геологическая история далека от завершения.

Ээ

проявляется в периодически случающихся землетрясениях и из

вержениях вулканов, иногда носящих катастрофический

харак"

тер. В прошлом Земля отличалась еще большей геологической

активностью. Поэтому современный рельеф Земли продолжает

меняться. Огромную роль при этом играет воздействие не

толь

ко эндогенных (тектонических), но и экзогенных процессов

гидросферных, атмосферных и

биосферных.

На других планетах

такое сочетание факторов отсутствует.

Рельеф земной поверхности отличается глобальной асиммет-

рией. Она хорошо заметна на глобусе при сравнении Северного

и Южного полушарий, на котором видно, что участки суши

моря симметричны относительно центра Земли.

Средняя глубина Мирового океана близка к 4 км, хотя от-

дельные впадины достигают глубины почти в

км (Мариан-

ская впадина), а некоторые вершины и вулканические конусы

320

значительно выступают над поверхностью воды, образуя целые

острова.

Рельеф континентальной части планеты более разнообразен:

равнины, возвышенности, плато, горные хребты и огромные

горные системы сменяют друг друга. Отдельные участки суши

лежат ниже уровня моря (район Мертвого моря, Нидерланды), а

некоторые горные вершины достигают высоты почти в 9 км.

Асимметричны не только рельефы, но и тепловые режимы

Северного и Южного полушарий. Северное полушарие более

теплое, чем Южное. Так, в Северном полушарии температура

опускается до

—70°С,

а в Южном — до —

90°С.

Кроме того, в

Южном полушарии расположен абсолютный полюс ветров (в

Антарктиде) и «ревущие сороковые» широты — зона постоян-

ных бурь и ураганов. Неодинаковы и тепловые режимы Запад-

ного и Вос-точного полушарий. Так, в Америке климат более

умеренный, чем в Азии. Это связано с тем, что в Азии горные

цепи расположены по параллелям и задерживают перемещение

воздушных масс в направлении с юга на север. Поэтому значи-

тельная часть азиатской территории содержит многолетнемерз-

лые грунты. А в Восточной Сибири зимой обычно устанавлива-

ется устойчивый антициклон с низкими температурами. Кроме

того, в Западном полушарии больше воды, чем в Восточном.

Это также смягчает американский климат.

Рельефы Марса и Венеры формировались в иных

условиях,

чем на Земле. Отсутствие гидросферы исключает разделение на

океанский и континентальный рельефы. Иначе проходила и тек-

тоническая деятельность на этих планетах.

В наши дни на Марсе отсутствует вулканическая активность,

хотя еще сто миллионов лет назад она была довольно бурной.

От того времени сохранились конусы потухших вулканов, по-

крытая лавами большая часть поверхности планеты, а также ха-

рактерные разломы и сбросы марсианской коры.

Одним из следствий затухания вулканической деятельности

стало резкое сокращение поступления газов из недр планеты в

атмосферу. А поскольку масса Марса недостаточна для удержа-

ния плотной атмосферы, она начала редеть. Все говорит о том,

что геологическая эволюция Марса завершилась.

У Марса, как и у Земли, наблюдается небольшая асимметрия

двух полушарий. Рельеф Северного полушария равнинный, с

хорошо выраженными признаками прошлой вулканической дея-

тельности. Здесь располагаются крупнейшие вулканические ко-

нусы планеты, в том числе гигантские горы Арсия, Акреус,

Па-

вонис и Олимп. Диаметры их оснований достигают 500—600

км,

высоты над уровнем поверхности — 26—27 км, диаметры крате-

ров на вершинах —

60—100

км. Южное же полушарие почти

сплошь покрыто кратерами ударного происхождения и

напоми-1

нает лунный ландшафт. Нет на Марсе ни литосферных плит, ни

геосинклинальных областей, присутствующих на Земле.

Поверхность Венеры в основном представляет собой равнину,

на фоне которой выделяются две обширные горные области —1

Земля Иштар и Земля Афродиты. Их средняя высота над

равни-

]

ной — 4 км, простираются они на несколько тысяч километров. 3

Судя по всему, на Земле и Венере шли сходные процессы горо-

образования: складчатые смятия коры, появляющиеся при гори- ^

зонтальных сжатиях.

Средний возраст исследованной территории Венеры оцени-

вается в I млрд лет. Процессы разрушения поверхностных струк-

тур, бурно протекающие на Земле, на Венере идут удивительно ]

медленно: за миллиард лет разрушенный слой не превысил не- ,!

скольких десятков метров. Подобные темпы разрушения харак-

;

терны для малых безатмосферных планет типа Меркурия. На '

Венере причиной такой стабильности является отсутствие гид- |

росферы, окислительной атмосферы, а также тектонической ак- !

тивности в наши дни.

Таким образом, утверждения о том, что Венера — молодая 1

планета, только начинающая свою геологическую историю, не-

верны. Она уже миновала пору активного планетного развития !

и в этом отношении близка к Марсу. Сходство Венеры и Марса

]

объяснимо — основным геологообразующим процессом на этих

планетах была тектоническая активность.

В современную эпоху только Земля остается

«живой»

планетой,

ее геологическое развитие продолжается.

Главным отличием Земли от других планет является хорошо I

развитая биосфера. Вершиной эволюции жизни на нашей пла-

нете стал человек, обладающий разумом.

14.2. Образование Земли

Согласно современным космологическим представлениям,

Земля образовалась примерно 4,5 млрд лет назад путем гравита-

ционной конденсации из рассеянного в околосолнечном про-

странстве газопылевого вещества, содержащего все известные в

природе элементы.

322

Лишь в XX в. удалось установить точный

Возраст Земли

ВОЗ

ст

нашей планеты. В этом помогли но-

вые методы, связанные с изучением радиоактивных веществ и

цх

распада. В настоящее время имеется достоверная информа-

ция о горных породах с возрастом до 3,5 млрд лет. Однако из-

вестные

наиболее древние отложения в Австралии соответству-

ют возрасту 4,2—4,3 млрд лет.

Тем не менее, древнейшие породы по составу и структуре не

отличаются

от аналогичных пород более молодых геологических

эпох. Поэтому у нас нет доказательств того, что обнаруженные

древнейшие породы возникли одновременно с образованием

Земли как планеты. Первичная земная кора, которая в извест-

ной степени соответствовала бы дате завершения образования

Земли, уничтожена под действием внешних

{ветра,

воды, живых

организмов) и внутренних (магматической деятельности,

лере-

плавления,

метаморфизма) геологических агентов. По образному

выражению Ч. Лайеля, первичный материал Земли перемолот на

мельнице Нептуна и переплавлен в кузнице Вулкана.

Следовательно, на основании данных о возрасте древнейших

минералов и горных пород можно сделать вывод, что возраст Зем-

ли превышает 4 млрд лет, и до этой даты наша планета прошла

определенный, хотя и неизвестный путь развития.

На возраст Земли также указывают данные исследования ме-

теоритов

— твердых тел Солнечной системы. Они относятся к

наиболее изученным космическим объектам и несут

ценную

информацию. Исследования показывают, что возраст как желез-

ных,

так и каменных метеоритов совпадает и составляет при-

мерно 4,5—4,6 млрд лет.

Схожие данные получены и при исследовании лунных по-

род. Образцы этих пород были доставлены на Землю, как с по-

мощью космических станций «Луна», так и экипажами амери-

канских космических кораблей «Аполлон». Оказалось, что воз-

раст самых древних лунных образцов совпадает с возрастом са-

мой Луны и составляет 4—4,5 млрд лет. Значит, первичная лун-

ная кора возникла вскоре после образования Луны, и отдельные

участки этой коры сохранились до сегодняшнего дня.

Такое совпадение данных для разных тел Солнечной систе-

мы не может считаться случайным, поэтому делается вывод о

возрасте нашей планеты, равном примерно 4,5 млрд лет. К это-

му времени завершилось формирование нашей планеты.

Сегодня считается, что геологическая история нашей плане-

ты составляет около 4 млрд лет, а 0,6 млрд лет — это ранняя

история Земли.

323

Ранняя Ранняя история Земли, как и других планет,

история Земли включает ранние фазы эволюции — фазу

ак-Д

креции (рождения), фазу расплавления

внеш-|

ней сферы земного шара и фазу первичной коры (лунную фазу). Г

Фаза аккреции представляла собой непрерывное выпадение на

растущую Землю все большего количества тел, укрупняющихся в

своем полете при соударениях между собой, а также в результате

притяжения к ним более удаленных мелких частиц. При этом на

Землю падали и самые крупные объекты — планетезималии,

досч

тигавшие в поперечнике многих километров. В фазу аккреции,

которая длилась около 17 млн лет (правда, некоторые исследова-

тели увеличивают этот срок до 400 млн лет), Земля приобрела

примерно 95% современной массы.

Однако Земля оставалась холодным космическим телом,

только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсив-

ная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное 1

разогревание, а затем полное расплавление вещества

поверхно-

ста планеты.

Фаза расплавления внешней сферы Земли наступила в

проме-

]

жутке 4—4,6 млрд лет назад. В это время произошла общеплане- I

тарная химическая дифференциация вещества Земли, которая

привела к формированию

центрального

ядра и обволакивающей \

его мантии. Позже образовалась и земная кора.

В фазе расплавления внешней сферы поверхность Земли пред-

ставляла собой океан тяжелого расплава с вырывающимися из

него газами. В него продолжали стремительно падать мелкие и

крупные космические тела, вызывая всплески тяжелой жидко-

сти. Над раскаленным океаном нависало сплошь затянутое гус-

тыми тучами небо, с которого не могло упасть ни капли воды.

Лунная фаза — это время остывания расплавленного вещест-

ва поверхности Земли из-за излучения тепла в космос и ослаб-

ления метеоритной бомбардировки. Так образовалась первичная

кора базальтового состава. Одновременно шло образование гра-

нитного слоя материковой коры. Правда, механизм этого про-

цесса до сих пор не ясен.

В течение лунной фазы поверхность Земли постепенно осты-

вала (от температуры плавления базальтов, составляющей 800 —

1000",

до

100°

С). Когда температура опустилась ниже 100°С, из

атмосферы выпала вся вода, покрывшая Землю: сформировались

поверхностные и грунтовые стоки, появились водоемы, в том

числе и океан.

До сих пор остается открытым вопрос о химической диффе-

ренциации земного вещества. На него пытаются ответить три

теории.

Теория гомогенной

аккумуляции,

автором которой был

О.Ю. Шмидт, утверждает, что Земля возникла как квазиодно-

родная планета, химически относительно однородный шар. В то

время планета представляла однородную смесь частиц железа,

силикатов и сульфидов, распределенных по всему объему отно-

сительно равномерно. В процессе аккумуляции также была за-

хвачена часть газов — водород, углекислый газ, вода в газооб-

разном

состоянии.

В период расплавления внешней сферы, которая возникла не

голько из-за падения метеоритов, но и из-за радиоактивного разо-

грева недр планеты, расплавленные массы вещества начали рас-

слаиваться. При этом железо, обладающее вдвое большим удель-

ным весом, чем силикаты, стекало в центр Земли, образуя ядро.

Пластичные силикатные массы были выдавлены вверх, образовав

мантию. Тогда же стали закладываться очертания будущих конти-

нентов и океанов. Вероятно, современный Тихий океан был тем

местом, где массы железа погрузились к центру планеты, а проти-

воположное полушарие, на котором находятся континенты Земли,

стало местом поднятия силикатных масс.

Теория гетерогенной аккумуляции утверждает, что Земля нача-

ла аккумулироваться в той последовательности, в которой Про-

исходила конденсация вещества из первичной туманности. Вна-

чале из преимущественно металлических частиц сформирова-

лось ядро. Остальные слои появлялись по мере остывания пла-

неты и оседания на нее более поздних конденсатов — силикат-

ных частиц, образовавших первичные мантии. В этом случае

также начался быстрый радиоактивный разогрев Земли, способ-

ствовавший плавлению материала и дальнейшей химической

дифференциации, что выразилось в более резком обособлении

основных оболочек планеты.

Теория частично гетерогенной аккумуляции считает, что рез-

ких перерывов в поступлении материалов, из которых образовы-

вался земной шар, не было. Разница в составе существовала

лишь между центральными частями Земли и поверхностными

слоями первичной мантии. В таком случае первоначально не

было резких границ между ядром и мантией, как сейчас.

Эти

границы установились позже, в ходе дальнейшей химической

дифференциации, связанной с нагревом. Ядро Земли возникло в

результате комбинации процессов гетерогенной аккреции и по-

325