Тема: Земля - планета  солнечной  системы

        Титульный лист  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Содержание

         Введение……………………………………………………………………..3

      1. Возникновение и эволюция солнечной  системы………………………….5

      2. Возникновение и эволюция Земли………………………………………....8

           Заключение……….……………………………………………………….14

           Список использованной литературы……………………….……………15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Введение 
 

      В основе аналитических версий возникновения  и развития Вселенной  лежит теория относительности. Вселенная имеет  огромные размеры и равномерно заполнена звездами, одной из которых является наша Земля. Наиболее полноценной в настоящее время считается модель Вселенной, созданная на основе общей теории относительности математиком А.А.Фридманом в 1922г. Согласно этой модели Вселенная имеет свойства капли жидкости, в которой роль хаотически двигающихся молекул играют галактики, но недавно обнаружено, что галактики разбросаны не хаотически, а образуют «сотовую» структуру.

        Центр нашей Галактики расположен  в направлении созвездия Стрельца. Основным элементом, атомом Вселенной является звездная система, состоящая из центральной планеты (звезды) и вращающихся вокруг нее спутников, астероидов и т.п. Наша Солнечная система является одним из таких атомов. Галактика, к которой принадлежит наша Солнечная система видна на ночном небе в виде Млечного пути – узкой яркой полоски, состоящей из множества слабо светящихся звезд. Наша Солнечная система находится от центра Галактики на расстоянии 30000 световых лет. Гипотеза образования планет  Солнечной системы предложена советским ученым О.Ю.Шмидтом, согласно которой материалом для образования планет в том числе нашей планеты Земля было допланетное облако пыли, окружавшее Солнце.

      По  всей видимости это облако, состоящее  из атомов тяжелых элементов, образовалось путем взрыва сверхновой звезды в той части Галактики, которая находилась вблизи месторасположения Солнца. Вращение облака обусловило его форму в виде диска, возникновение вокруг него торроидального магнитного поля и постепенное затухание беспорядочных микроскопических движений частиц. Далее по мере этого затухания доминирующую роль начало играть гравитационное притяжение частиц друг к другу. Гравитационное притяжение Солнца уравновешивалось центробежными силами. Вследствие неустойчивости пылевой среды с неоднородным вращением начали возникать сгущения и, как итог эволюции этой среды, твердые шарообразные тела. Так, вместо пылевого облака возник вращающийся вокруг Солнца рой твердых тел. Из этих тел в течение 108 лет возникли планеты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1 Возникновение и  эволюция Солнечной  системы 

      Солнечная система состоит из 9 планет: Меркурия, Венеры,Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна-, Плутона. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров.

      Малые планеты, как и большинство спутников  планет, не имеют атмосферы, так как сила тяготения на их поверхности недостаточна для удержания газов. В атмосфере Венеры преобладает углекислый газ, в атмосфере Юпитера аммиак На Луне и Марсе имеются кратеры вулканического происхождения.

      Особую  роль в процессе формирования планетной  системы сыграли планеты-гиганты - Юпитер и Сатурн. Они аккумулировали основную часть околосолнечной пыли, а затем выбросили значительную массу тел из пределов зоны Солнечного притяжения. Небольшая часть этих тел сформировала планеты, находящиеся на периферии Солнечной системы, а другая - так называемое "облако комет", окружающее эту систему.

      Возраст солнечной системы, зафиксированный  по древнейшим метеоритам, около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Предполагается, что частицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из силикатов, в состав которых входит кремний. Газы тоже присутствовали, и они конденсировались, образуя органические соединения, в состав которых входит углерод. Затем образовались углеводороды (соединения углерода с водородом) и соединения азота.

      Из  гипотез происхождения солнечной  системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика X. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом. Альвен, исходил из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку.

      Слабость  предложенной гипотезы заключалась  в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов -дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из железа и никеля. Наблюдения говорят об обратном.

      Чтобы преодолеть эту трудность, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если

      предположить, что первоначальная туманность уже  обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение  углового момента.

      Небо  нам только кажется спокойным. В  нем постоянно происходят катастрофы и рождаются новые и сверхновые звезды, во время вспышек которых светимость звезды возрастает В сотни тысяч раз. Эти взрывы характеризуют галактический пульс.

      В конце эволюционного цикла, когда  все водородное горючее истрачено, звезда сжимается до бесконечной плотности (масса остается прежней). Обычная звезда превращается в «белого карлика» - звезду, имеющую относительно высокую поверхностную температуру (от 7000 до 30000° С) и низкую светимость, во много раз меньшую светимости Солнца.

      Предполагается, что одной из стадий эволюции нейтронных звезд является образование новой и сверхновой звезды, когда она увеличивается в объеме, сбрасывает свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяет энергию, светя как миллиарды солнц. Затем, исчерпав ресурсы, звезда тускнеет, а на месте вспышки остается газовая туманность.

      Если  звезда имела сверхкрупные размеры, то в конце ее эволюции частицы и лучи, едва покинув поверхность, тут же падают обратно из-за сил гравитации, т. е. образуется «черная дыра», переходящая затем в «белую дыру». 

      Процесс эволюции звезд представлен на схеме: 

      Солнце - плазменный шар (плотность - 1,4 г/см³), хорошо нагретый (температура поверхности 6000°). Имеет корону, в которой находятся факелы, протуберанцы. Излучение Солнца - солнечная активность - имеет цикл 11 лет. При максимуме солнечной активности на Солнце особенно много пятен.

      Источником  солнечной энергии, по-видимому, являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, о чем свидетельствует наличие этих элементов в солнечной хромосфере. Первым теоретические расчеты необходимой для ядерной реакции температуры произвел Артур Эддивгтон. Немецкий физик Ганс Бете (Нобелевская премия 1967 г.) рассчитал реакции термоядерного синтеза гелия из водорода на Солнце, но прямых подтверждений пока нет, так как отсутствуют данные о внутреннем строении Солнца.

      Скорость  движения Солнца вокруг оси галактики - 250км/сек. Солнечная, система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180 млн. лет. Ближайшие к Солнцу звезды   α-Центавра и Сириус.

       2 Возникновение и  эволюция Земли

      Особое  место в солнечной системе  занимает Земля – единственная планет, на которой в течении миллиардов лет развиваются различные формы  жизни. Радиоактивным методом установлено, что возраст самых древних пород, найденных в земной коре, составляет около 4 млрд. лет. Понадобились миллиарды лет, чтобы образовалась наша планета – Земля. Земной шар, сплюснутый у полюсов, вращаясь вокруг собственной оси, движется со средней скоростью 30 км/с в космическом пространстве по эллиптической троектории вокруг Солнца.

      Наша  Земля удивительна и прекрасна, такой ее представляли и представляют многие люди, особенно прекрасной она выглядит из космоса, о чем свидетельствуют все космонавты.

      Радиус  Земли 6,3 тыс. км. Масса б²¹ тонн. Плотность 5,5 г/см³. Скорость вращения вокруг Солнца 30 км/сек.

      Земля состоит из литосферы (земной коры), протяженностью 10-80 км, мантии и ядра. В атмосфере Земли, вес которой 5 300 000 млрд. тонн, преобладает азот и кислород. Разделяется она на тропосферу (до 9-17 км) - «фабрику погоды», стратосферу (до 55 км) - «кладовую погоды», ионосферу, которая состоит из заряженных под воздействием излучений Солнца частиц, и зону рассеивания, располагающуюся на высоте 800-1000 км. Пояса радиации из частиц высоких энергий выше атмосферы предохраняют Землю от жестких космических лучей, губительных для всего живого.

      Исследования  показывают, что полюса на Земле  менялись, и когда-то Антарктида была вечнозеленой. Вечная мерзлота образовалась 100 тыс. лет назад после великого оледенения.

      В XIX веке в геологии сформировались две концепции развития Земли:

      1)  посредством скачков («теория  катастроф» Жоржа Кювье);

      2) посредством небольших, но постоянных  изменений в одном и том же направлении на протяжении миллионов лет, которые, суммируясь, приводили к огромным результатам («принцип униформизма» Чарльза Лайелля).

      Успехи  физики XX века способствовали существенному продвижению в познании истории Земли. В 1908 году ирландский ученый Д.Джоли сделал сенсационный доклад о геологическом значении радиоактивности: количество тепла, испущенного радиоактивными элементами, вполне достаточно, чтобы объяснить существование расплавленной магмы и извержение вулканов, а также смещение континентов и горообразование. С его точки зрения, элемент материи  атом - имеет строго определенную длительность существования и неизбежно распадается. В следующем 1909 году русский ученый В.И.Вернадский основывает геохимию - науку об истории атомов Земли и ее физико-химической эволюции.

      В соответствии с современными взглядами  температура ядра Земли может быть низкой, а процессы в земной коре имеют радиоактивную природу. Сначала Земля была холодной. Атомы радиоактивных элементов, распадаясь, выделяли тепло, и недра разогревались. Это повлекло за собой выделение газов и водяных паров, которые, выходя на поверхность, положили начало воздушной оболочке и океанам.

      В 1915 году немецкий геофизик А.Вегенер  предположил, исходя из очертаний континентов, что в карбоне (геологический период) существовал единый массив суши, названный им Пангеей (греч.«вся земля»). Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану. 135 млн. лет назад Африка отделилась от Южной Америки, а 85 млн. лет назад Северная Америка - от Европы; 40 млн. лет назад Индийский материк столкнулся с Азией и появились Тибет и Гималаи.

      Решающим  аргументом в пользу принятия данной концепции стало эмпирическое обнаружение в конце 50-х годов расширения дна океанов, что послужило отправной точкой создания тектоники литосферных плит. В настоящее время считается, что континенты расходятся под влиянием глубинных конвективных течений, направленных вверх и в стороны и тянущих за собой плиты, на которых плавают континенты. Эту теорию подтверждают и биологические данные о распространении животных на нашей планете. Теория дрейфа континентов, основанная на тектонике литосферных плит, ныне общепринята в геологии.

      Как мы увидим в дальнейшем, Земля является фабрикой по производству (причем безотходному) сложных соединений, минералов и живых тел.

      Неоднородность вещества Земли в значительной степени связана с тем, что уже после образования ее основной массы в течение многих миллионов лет она "захватывала" тела с поперечником до 1000 км. Это и обусловило нынешнюю структуру Земли - ядро, мантию, земную кору, гидросферу, атмосферу и ионосферу и далее магнитосферу (пояс Ван Алена, рис. а, б). 

      Земная  кора - твёрдая оболочка поверхности  нашей планеты, имеющая среднюю толщину 30 км. При этом кора континентов составляет 35-40 км, а кора океанов 5-7 км. Континентальные плиты по своему химическому составу отличаются от базальтовых пород дна океана. Основными веществами континентов являются граниты и гнейсы, содержащие 65-70% кремнезёма SiO₂ и значительное количество щелочей калия и натрия. Базальтовая ложа океана содержит всего 45-50% SiО₂ и богато магнием и железом. Океанические и континентальные плиты опираются на пластичный верхний слой верхней мантии (астеносферу), образуя единые литосферные плиты. Движение этих плит привело к созданию сложной структуры поверхности Земли и лежит в основе её эволюции. Химический состав мантии образуется небольшим набором элементов Si, Mg, Fe, Аl, Са и О. Верхняя часть мантии составлена преимущественно из олевина (Mg,Fе)₂SiO₄. Нижняя мантия (на глубине более 670 км).состоит на 70% из перовскита (Mg, Fе)SiO₃ и на 20% го магнезиовюстита - (Mg,Fe)O.

      Оставшиеся 10% образуют оксиды Са, Na, К, Аl и Fe и их кристаллические структуры. Давление в этой части превосходит миллион атмосфер.

      Ядро  Земли состоит из двух частей - жидкой (внешнее) и твердой (внутреннее ядро).

      Магнитосфера  Земли имеет довольно сложную  структуру, сформировавшуюся под воздействием двух факторов – магнитного поля Земли и космического излучения, основным элементом которого является "солнечный ветер" (рис.б).

      Частицы, состоящие в основном из протонов и электронов, двигаются вдоль магнитных силовых линий Земли по спиральной траектории от южного полюса к северному и обратно, образуя вокруг Земли мощную "шубу". Толщина шубы меняется от 10 до 7 земных радиусов и имеет несимметричную форму (рис.в).  Шуба состоит из более плотного внешнего слоя и менее плотного внутреннего. В направлении, противоположном Солнцу шуба имеет хвост длиною до нескольких десятков тысяч километров.

      Интересно, что во внутреннем слое шубы возникает  зона, где электромагнитные волны настолько искривляются, что не могут из нее выйти. 
 

      Совокупность  всех водных массивов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и  снежных покровов, образуют гидросферу Земли. Больше всего воды содержится в Мировом океане, около 2 % воды содержится в ледниках и много воды содержится в подземных водах. Для своих нужд человек использует в основном воду рек и пресных озер, которой на земле не так уж много -  0,001%  всего водного массива.

      Воздушную оболочку Земли образует атмосфера, которая как одежда защищает ее поверхность днем от обжигающих лучей Солнца, а ночью сохраняет тепло , накопленное за день. Воздух спасает все живое на Земле от смертельного космического излучения. Без воздушной оболочки Земля была бы мертвой планетой как и все другие.

      Самая нижняя часть атмосферы – тропосфера простирается до 8-10 км в полярных широтах  и 16-18 км в тропических широтах, в  ней сосредоточено более 1/5 всей массы воздуха, в ней образуются облака и все виды осадков, поэтому ее справедливо называют «фабрикой погоды». Следующий слой –стратосфера, находится над тропосферой от 8-10 км в высших широтах и от 16-18 км в  близи экватора до 50-55 км. Здесь стоит неизменно ясная погода и часто дуют сильные ветры. В стратосфере существуют сезонные и климатические различия: есть своя зима и свое высотное лето. Есть свои умеренные широты и зоны экватора. Между стратосферой и тропосферой происходит постоянный обмен воздушными массами, поэтому стратосфера является так называемой  «кладовой» погоды.

      Следующий слой – ионосфера, она начинается на высоте 50 км и ограничивается сверху магнитосферой – областью, где проявляется магнитное поле Земли. Она состоит преимущественно из заряженных частиц (ионов, электронов), обладающих способностью отражать короткие радиоволны, что позволяет осуществить дальнюю радиосвязь. В ионосфере дуют ураганные ветры.

        Выше над ионосферой, несколько  сот километров над Землей, располагается экзосфера – зона рассеяния атмосферы, из которой быстро движущиеся атомы водорода могут вылетать в космическое пространство. Следы атмосферы обнаруживаются и на высоте более 10 тыс. км. До высоты 100-200 км газовый состав  атмосферы значительно не меняется, выше 250 км – преобладает азот, а затем выше -700 км атомарный кислород, а еще выше – гелий. У поверхности «воздушного океана» преобладает – водород. Внешняя форма воздушной оболочки Земли не шарообразна. А вытянута с ночной стороны наподобие хвоста кометы, длина которого около 100 тыс.км. Предполагается, что этот «хвост» образовался в результате давления солнечного ветра. Область активной жизни на Земле называется –биосферой, в которой все живые организмы и среда их обитания взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Согласно учению Вернадского В.И. биосфера – активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, в том числе человека, проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба  и значения.

        Заключение 

      Известно несколько гипотез происхождения земли, но почти все они сводятся к тому, что исходным веществом для формирования планет Солнечной системы и нашей в том числе, были межзвездная пыль и газы. Однако до сих про нет однозначного ответа на вопросы: каким образом в составе планет оказался полный набор химических элементов таблицы Менделеева и что послужило толчком для начала конденсации газа и пыли а протосолнечную туманность. Некоторые ученые предполагают, что появление химических элементов связано с взрывом Сверхновой звезды в окрестностях блуждающей Солнечной системы, также мощный взрыв мог стимулировать начало конденсации межзвездной материи, из которой образовалось Солнце и протопланетный диск в последствии распавшийся на отдельные планеты. Такой путь формирования Солнечной системы называется – катастрофическим в масштабах астрономического времени подобные взрывы происходят в среднем через несколько миллиардов лет.

      Земля вместе с атмосферой совершает один оборот вокруг Солнца за один год, а  Солнце вместе с большими и малыми планетами, совершает путешествие в загадочном космическом пространстве. Так и человек совершает нескончаемое путешествие в уникальную страну знаний, приближающих человечество к тайнам мироздания. 
 
 
 
 
 
 

      Список  использованной литературы 

1. Данилова В.С.,Когнева Н.Н. Основы концепции современного естествознания.: Учебное пособие для вузов. М.: Аспект Пресс, 2000.- 256 с.

2.Хорошавина  С.Г. Курс лекций «Концепции  современного естествознания». Серия. «Учебники, учебные пособия». Ростов н/Д, «Феникс», 2000. -480 с.

3. Карпенков  С.Х. Основные концепции естествознания.: Учебное пособие. М.: Академический  Проект, 2002. -368 с.

4. Большая  советская энциклопедия / Под ред.  А.М.Прохорова. Т. 24. Кн. 1. – 3-е изд.-М.: Советская энциклопедия, 1976.

5. Кузнецов В.И., Идалис Г.М., Гутина А.Н. Естествознание. М.: Агар, 1996, 384 с.

6. Шапиро  С.В. Концепции современного естествознания. Часть 4. Уфа «Юниграф», 1999.-76 с.

7. Лавриненко  В.Н. и др.Концепции современного  естествознания. М.:Культура и спорт,  ЮНИТИ, 1997.- 271 с.