5.2. Происхождение Солнечной системы

Величина запасов ядерной энергии Солнца составляет 10⁵² эрг. Она превышает сумму гравитационной и тепловой энергии Солнца более чем 1 000 раз. Этого запаса хватит для поддержания излучения Солнца более чем на 150 миллиардов лет. Скорость ядерных реакций в теле Солнца соответствует распределению температуры внутри звезды. Ядерные реакции поддерживают установившийся температурный режим на том уровне, который обеспечивает баланс гидростатического равновесия. В недрах Солнца осуществляется непрерывное перемещение энергии от центральных частей к периферии и обратно. Это означает, что химический состав звезды, охваченной конвективным движением, однородный. Характер конвективного движения турбулентный, зависимый от постоянно меняющихся в пространстве и во времени, магнитных полей Солнца.

Эволюция Солнца, по мнению большинства современных астрофизиков, осуществляется за счет так называемого «протон-протонного» цикла ядерных реакций. Этот цикл состоит из трех этапов.

Этап первый – водород превращается в дейтерий с выделением позитронов и нейтрино (позитрон – это частица, по массе равная электрону, но имеющая положительный заряд, а нейтрино-электрически нейтральная частица, очень малой массы).

Второй этап – дейтерий при взаимодействии с водородом превращается в изотоп гелия. Этот процесс сопровождается гамма-излучением – электромагнитным излучением с очень малой длиной волны.

Третий этап – изотопы гелия превращаются в атом гелия и два атома водорода. В ходе ядерных реакций водород превращается в гелий. При синтезе ядер гелия происходит излучение. Таким образом, Солнце светит и непрерывно уменьшается в массе. Каждую секунду Солнце превращает в излучение 4 млрд. тонн своего вещества. В простейшей плазме, состоящей из водорода и гелия, постепенно возникло огромное многообразие химических элементов, приведенных в периодической системе Менделеева. На данном этапе запасы вещества Солнца так велики, что термоядерные реакции могут обеспечить его свечение на 150 млрд. лет. Расчеты показывают, что через 150 млрд. лет ядро Солнца начнет сжиматься и уменьшится в 100 раз. Остальное вещество Солнца образует расширяющуюся и постепенно охлаждающуюся атмосферу, которая будет окутывать сжавшееся ядро. Солнце превратится в «красный гигант». За несколько десятков тысяч лет оболочка этого гиганта пройдет через орбиту Земли и других планет и рассеется в межзвездном пространстве. На месте же теперешнего Солнца останется сжавшееся ядро, т.е. «белый карлик». Во время всех этих метаморфоз температура на нашей планете возрастет до 1 000С, а затем постепенно уменьшится до абсолютного нуля (-273С). Такая судьба ожидает Солнце и Землю. Следует отметить, что Солнце не только излучает, но и поглощает энергию других звезд Галактики, что делает систему звезды более устойчивой, а ее эволюцию более длительной.

Происхождение Земли

К настоящему времени известно несколько гипотез о происхождении Земли. Почти все они сводятся к тому, что исходным веществом для формирования планет Солнечной системы, в том числе и Земли, были межзвездная пыль и газы, широко распространенные во Вселенной.

Образованию планет из протоплазменного диска предшествовала промежуточная фаза формирования твердых и довольно крупных, до сотен километров в диаметре, тел, называемых планетозималями, последующее скопление и соударение которых явилось процессом аккреции (наращивания) планеты.

Представления о тепловом состоянии новорожденной Земли претерпели в XX в. принципиальные изменения. В противовес долго господствующему мнению об «огненно-жидком исходном состоянии Земли», основанном на классической гипотезе Канта –Лапласа, с начала XX в., и особенно активно в 50-е годы (после появления гипотезы О.Ю. Шмидта), стала утверждаться идея об изначально холодной Земле, недра которой в дальнейшем стали разогреваться вследствие тепла при распаде естественных радиоактивных веществ.

В настоящее время обсуждается идея о весьма существенном разогреве Земли вплоть до температуры плавления ее вещества. Предполагается, что при таком разогреве начинается дифференциация Земли на оболочки, и прежде всего на силикатную мантию и железное ядро. При этом нельзя исключать и радиоактивный источник тепла, которое выделялось в результате распада радиоактивных веществ, находящихся в планетезималях.

Земля как планета сформировалась примерно за 100 млн. лет и вначале была холодной, Последующий разогрев Земли происходил в результате ударов крупных тел, гравитационного сжатия, распада радиоактивных элементов и других физико-химических процессов. Постепенно в процессе гравитационной дифференциации вещества в центре Земли сосредотачивались тяжелые химические элементы (железо, никель и другие, из которых образовалось ядро нашей планеты). Из более легких химических элементов возникла мантия Земли. Кремний и другие химические элементы стали основой формирования литосферы.

В первичной Земле сохранялось первоначальное распределение вещества. Только после того, как в результате разогрева недра Земли стали достаточно пластичными, в них началось перемещение вещества – опускание тяжелых глыб и всплывание более легких. Эти перемещения начались несколько миллиардов лет назад, продолжаются до сих пор и далеко еще не завершены. Самый верхний, доступный непосредственному наблюдению слой земной коры, возник при радиогенном разогревании земных недр в результате всплывания и выдавливания наиболее легких и наименее вязких веществ и расплавов на поверхность. В основе формирования коры лежит не быстрое остывание земной поверхности, а длительное, по-видимому, продолжающееся до сих пор взаимодействие наружных и глубинных зон Земли.

На начальных этапах развития Земли вещество атмосферы и гидросферы еще не было достаточно разделено и представляло парогазовую массу, окутавшую мощным и плотным слоем всю Землю. На земной поверхности царил мрак. Эта плотная парогазовая масса с температурой около 100С, мало проницаемая для солнечных лучей, состояла из паров и кислых дымов, имела высокую химическую активность и энергично воздействовала на горные породы. Постепенно, с понижением температуры происходила дифференциация парогазовой оболочки на гидросферу и атмосферу.

Радиоактивным методом установлено, что возраст самых древних пород, найденных в земной коре, составляет около 4 млрд. лет. По оценкам ученых, формирование Земли длилось от 5 до 6 млрд. лет. Понадобились миллиарды лет, чтобы образовалась наша планета – Земля. Вращаясь, этот сплюснутый у полюсов шар летит в космическом пространстве по огромной эллиптической кривой вокруг Солнца.

Наша Земля удивительна и прекрасна. Впервые всю Землю целиком увидел советский космонавт Ю.А. Гагарин (1934-1968), совершивший 12 апреля 1961 г. первый в истории человечества полет на космическом корабле «Восток».

Структура Солнечной системы

Солнечная система состоит из центрального небесного тела – звезды Солнца, 9 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет – астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Три последние планеты можно наблюдать с Земли только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности.

К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные немецким философом И.Кантом (1724-1804) и французским математиком и физиком П.Лапласом (1749-1827). Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии горячей пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты. П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты. Таким образом, согласно теории П. Лапласа, планеты образовались раньше Солнца. Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта-Лапласа.

Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта (1891-1956), который показал, что проблемы космологии можно решить согласованными усилиями астрономии и наук о Земле, прежде всего географии, геологии, геохимии. В основе гипотезы О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Пылевые частицы, концентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединяли к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов, сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжении миллиардов лет.

С учетом физических характеристик все планеты делятся на две группы. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их вещество отличается относительно высокой плотностью: в среднем около 5,5 г/см³, что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу составляют планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным массам, а Юпитера – 318. Состоят планеты-гиганты главным образом из водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы. Особое место занимает девятая планета – Плутон, открытая в марте 1930 г. По своим размерам она ближе к планетам земной группы. Не так давно обнаружено, что Плутон – двойная планета: она состоит из центрального тела и очень большого спутника. Оба небесных тела обращаются вокруг общего центра масс.

В процессе образования планет их деление на две группы обусловливается тем, что в далеких от Солнца частях облака температура была низкой и все вещества, кроме водорода и гелия, образовали твердые частицы. Среди них преобладал метан, аммиак и вода, определившие состав Урана и Нептуна. В составе самых массивных планет – Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось значительное количество газов. В области планет земной группы температура была значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и аммиак) остались в газообразном состоянии и, следовательно, в состав планет не вошли. Планеты этой группы сформировались в основном из силикатов и металлов.

Солнце

Центральное тело нашей планетной системы – Солнце – ближайшая к Земле звезда, представляющая собой раскаленный плазменный шар. Это гигантский источник энергии: мощность излучения его очень велика – около 3,86 10²³ кВт. В настоящее время принято считать, что в недрах Солнца при огромнейших температурах – около 15 млн. градусов – и чудовищных давлениях протекают термоядерные реакции, которые сопровождаются выделением огромного количества энергии. Одной из таких реакций может быть синтез ядер водорода, при котором образуются ядра атома гелия. Подсчитано, что в каждую секунду в недрах Солнца 564 млн. т водорода преобразуются в 560 млн. т гелия, а остальные 4 млн. т водорода превращаются в излучение. Термоядерная реакция будет происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они составляют около 60 % массы Солнца.

Почти вся энергия Солнца генерируется в его центральной области, откуда переносится излучением, а затем во внешнем слое передается конвекцией. Температура поверхности Солнца – фотосферы составляет около 6000 К.

Наше Солнце – источник не только света и тепла: его поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также элементарных частиц. Солнечный ветер, воздействуя на геомагнитное поле с освещенной стороны, сжимает его примерно в 2,5 раза и вытягивает магнитные силовые линии полярных областей в хвост магнитосферы, который формируется в ночной стороне Земли.

Распределение плазмы Солнца в магнитосфере Земли в плоскости полуденного меридиана представлено на рис. 5.2.1.

Pиc. 5.2.1. Распределение плазмы в магнитосфере; плоскость полуденного меридиана;

1-внутренний, 2-внешний радиационные пояса Земли.

Хвост магнитосферы достигает нескольких сот радиусов Земли. Вспышки на Солнце формируют в магнитосфере ударные волны, которые вызывают геомагнитные бури. Интенсивность геомагнитных бурь зависит от уровня солнечной активности.

Радиационные пояса Земли (рис. 5.2.1) – это области пространства, заполненные заряженными частицами, захваченными магнитным полем Земли. Потоки этих частиц на много порядков превышают потоки частиц космических лучей, поэтому первые же полеты спутников на больших высотах привели к открытию радиационных поясов Земли. Впервые внутренний радиационный пояс был зарегистрирован американским ученым Дж. Ван-Алленом, а внешний радиационный пояс – советскими учеными во главе с С. Н. Верновым и А. Е. Чудаковым.

Для проникающей радиации, т.е. для электронов и протонов сравнительно больших энергий (электронов с энергией >100 кэв и протонов с энергией >30 Мэв), разделение на внутренний и внешний пояса является очень четким, причем протоны с энергией >30 Мэв существуют только во внутреннем радиационном поясе, а во внешнем поясе их нет. Для электронов с энергией меньше 100 кэв область минимума интенсивности между внутренним и внешним поясами выражена более слабо, а протоны малых энергий (~1-2 Мэв) в этом районе имеют максимальную интенсивность.

Разделение радиационных поясов на внутренний и внешний имеет значение также и с другой точки зрения. Оказывается, что радиация, захваченная в области внутреннего радиационного пояса, почти не подвержена временным изменениям, в то время как радиация в области внешнего пояса испытывает разнообразные и значительные временные вариации как по интенсивности, так и по распределению в пространстве.

После открытия радиационных поясов Земли стала ясна их тесная связь с магнитными бурями, полярными сияниями, поглощением космического радиоизлучения в полярных областях и другими геофизическими явлениями, связанными с солнечной активностью.

Магнитное поле Земли убывает по мере удаления от ее поверхности и с некоторых расстояний начинает эффективно испытывать воздействие межпланетной среды, особенно корпускулярных потоков Солнца, называемых «солнечным ветром». Это воздействие приводит к тому, что с дневной стороны происходит поджатие геомагнитного поля, а с ночной – его растяжение, а само поле оказывается ограниченным в определенной области пространства, называемой магнитосферой Земли. Внутри магнитосферы магнитное поле определяется силовыми линиями или линиями магнитной индукции магнитного поля Земли, а вне магнитосферы – межпланетной средой. Особенно важным с этой точки зрения является недавно открытый с ночной стороны Земли так называемый магнитный хвост Земли, простирающийся на очень большие расстояния, вплоть до орбиты Луны. В этом «хвосте» магнитные силовые линии на ночной стороне, вытянутые в сторону от Солнца, начиная с расстояний 8-9 радиусов Земли, образуют узкий нейтральный слой в плоскости эклиптики, напряженность магнитного поля, в котором практически равна нулю. Предполагается, что в этом нейтральном слое могут осуществляться условия, необходимые для ускорения частиц до энергий, наблюдаемых в радиационных поясах и в полярных сияниях.

В результате взаимодействия с магнитосферой Земли частицы солнечного ветра, имеющие скорость 300 - 800 км/сек, на расстоянии 12-15 радиусов Земли образуют ударную волну. Эта ударная волна подобна той, которая возникает перед телом, обдуваемым потоком воздуха (например, в аэродинамической трубе), имеющим сверхзвуковую скорость. В области между фронтом ударной волны и границей магнитосферы (магнитопаузой) поток частиц солнечного ветра в значительной степени турбулизован.

Луна

Подобно тому как наша Земля обращается вокруг Солнца, вокруг Земли движется Луна – естественный спутник нашей планеты. Луна меньше Земли, её поперечник составляет около одной четверти земного диаметра, а масса в 81 раз меньше массы Земли. Поэтому сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на нашей планете. Слабая сила притяжения не позволила Луне удержать атмосферу, по той же причине не может быть на её поверхности и воды. Открытые водоемы быстро испарились бы, а водяной пар улетучился бы в космос.

Поверхность Луны весьма неровная: она покрыта горными хребтами, кольцевыми горами – кратерами и темными хребтами равнинных областей, называемых морями, на которых наблюдаются мелкие кратеры. Предполагается, что кратеры имеют метеоритное происхождение, т.е. образовались в местах падения гигантских метеоритов.

Возраст самых молодых пород – около 2,6 млрд. лет, а возраст более древних пород не превосходит 4 млрд. лет.

На поверхности Луны образовался рыхлый слой, покрывающий основную породу – раголит, состоящий из осколков магматических пород, шлакообразных частиц и застывших капель расплавленной магмы. Предполагается, что около 95% пород, покрывающих лунную поверхность, находится в магматическом состоянии.

Температура лунной поверхности составляет 100-400  К. Луна находится в среднем на расстоянии 384400 км от Земли. Преодолев такое расстояние, 21 июля 1969 г. американский астронавт Н. Армстронг впервые ступил на поверхность Луны – сбылась давняя сказочная мечта полета человека на Луну.

Планеты земной группы

Объединенные в одну группу планеты Меркурий, Венера, Земля, Марс, хотя и близки по некоторым характеристикам, но все же каждая из них имеет свои неповторимые особенности (рис. 5.2.2).

Меркурий – самая малая планета в земной группе. Эта планета не смогла сохранить атмосферу в том составе, который характерен для Земли, Венеры, Марса. Ее атмосфера крайне разрежена и содержит Аг, Nе, Не. Атмосфера Земли отличается относительно большим содержанием кислорода и паров воды, благодаря которым обеспечивается существование биосферы.

Рис. 5.2.2. Планеты Солнечной системы.

На Венере и Марсе в атмосфере содержится большое количество углекислого газа при очень малом содержании кислорода и паров воды – всё это характерные признаки отсутствия жизни на данных планетах. Нет жизни и на Меркурии: отсутствие кислорода, воды и высокая дневная температура (620 К) препятствуют развитию живых систем. Планеты Меркурий и Венера спутников не имеют. Природные спутники Марса – Фобос и Деймос.

Планеты-гиганты

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун относятся к планетам-гигантам. Юпитер – пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета Солнечной системы – находится в среднем на расстоянии 5,2 а.е. от Солнца. Юпитер – мощный источник теплового радиоизлучения, обладает радиационным поясом и обширной магнитосферой. Эта планета имеет 16 спутников и окружена кольцом шириной около 6 тыс. км.

Сатурн — вторая по величине планета в Солнечной системе. Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп. Их впервые наблюдал в 1610 г. Галилей с помощью созданного им телескопа. Кольца представляют собой плоскую систему множества мелких спутников планеты. Сатурн имеет 17 спутников и обладает радиационным поясом.

Уран – седьмая по порядку удаления от Солнца планета

Вокруг Урана вращается 15 спутников, 5 из них открыты с Земли, а 10 – наблюдались с помощью космического аппарата «Вояджер-2». Уран имеет и систему колец.

Нептун – одна из самых удаленных от Солнца планет – находится на расстоянии от него около 30 а.е. Период обращения ее на орбите – 164,8 года. Нептун имеет шесть спутников. Удаленность от Земли ограничивает возможности его исследования.

Планета Плутон не относится ни к земной группе, ни к планетам-гигантам. Это сравнительно небольшая планета: ее диаметр около 3 000 км. Плутон принято считать двойной планетой. Его спутник примерно в 3 раза меньший по диаметру движется на расстоянии всего около 20 000 км от центра планеты, совершая один оборот за 4,6 суток.

Особое место в Солнечной системе занимает Земля – единственная живая планета.

Строение Земли

Планета 3емля состоит из земной коры, мантии и ядра. Земную кору покрывают гидросфера — жидкая оболочка (она не сплошная) и атмосфера — газовая оболочка.

Наша планета до наших дней хранит еще множество тайн. Проникнуть внутрь нее нелегко. Сегодня самые глубокие шахты достигают всего несколько километров. Бурение дает нам сведения о глубинах около 12 км. Самая глубокая скважина в мире пробурена в России на Кольском полуострове, её глубина в 1994 г. достигла 12 262 м. Основные сведения о строении Земли, химическом составе её пород и т.п. добываются косвенными методами, в частности, при изучении колебаний земной коры в процессе землетрясений и анализе химического состава вулканической массы.

Твердая оболочка Земли делится на две основные части – земную кору и мантию. Верхняя часть твердой оболочки – земная кора – имеет толщину в среднем несколько десятков километров. На материках она равна 30—40 км, под Памиром и Андами – 70-80 км, а под океанами значительно тоньше – до 10 км. Самая верхняя часть земной коры на континентах в значительной мере состоит из осадочных пород. В них находят останки вымерших животных и растительных организмов, когда-то населявших Землю.

Самая глубокая геосфера Земли – ядро – имеет радиус около 3,5 тыс. км и состоит из внешней оболочки, находящейся в жидком состоянии и внутреннего твердого субъядра. Температура в центре ядра достигает около 5000 С, плотность около 12,5 т/м³. Предполагается, что субъядро похоже по составу на железный метеорит, содержащий около 80% железа и 20% никеля. Внешняя оболочка ядра содержит железо (52%) и смесь железа с серой (48%). С её жидким состоянием связывают природу земного магнетизма.

Между ядром и земной корой расположена мантия – самая массивная часть Земли, составляющая около 83% ее объема. Температура мантии, по-видимому, равна 2 000-2 500 С. Мантия состоит из различных силикатов – соединений, содержащих кремний. Происходящие в ней процессы, обусловливают тектоническое движение, образование магмы и вулканическую активность.

Верхняя часть мантии вместе с земной корой образует литосферу внешнюю сферу твердой части Земли. В соответствии с гипотезой новой глобальной тектоники – науки о развитии структуры земной коры – литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются в горизонтальном направлении по астеносфере – подстилающем литосферу слое пониженной твердости и вязкости в верхней мантии Земли. Литосферные плиты представляют собой крупные (до нескольких тысяч километров в поперечнике) блоки земной коры, включающие не только континентальную, но и сопряженную с ней океаническую кору; они ограничены со всех сторон сейсмическими и тектоническими активными зонами разломов. По последним данным, из-за смещений литосферной континентальной плиты Эверест ежегодно растет на 2,5-5 см.

Как уже отмечалось, температура ядра и мантии очень высокая – тысячи градусов. Казалось бы, все вещества при такой температуре должны находиться в расплавленном и даже газообразном состоянии. Однако и субъядро и мантия – твердые образования. Вещество в них находится под огромным давлением, при котором температура плавления гораздо выше, чем при нормальном давлении.

Как только давление ослабевает, раскаленные твердые породы расплавляются. Образуется жидкая раскаленная масса – магма. При перемещении вещества в земной коре возникают глубокие трещины, в которых понижается давление и образуется очаг с магмой. Сжатая со всех сторон магма растекается по трещинам, застывая в них в виде жил, а в некоторых местах прорывается наружу. Так возникает вулканическое извержение. Вулкан – это своеобразная природная домна, в которой плавится и выбрасывается на поверхность много ценных металлов и минералов. Тут железо и свинец, олово и алюминий.

Земная кора – сокровищница самых разнообразных полезных ископаемых: каменного угля и нефти, газа, руд черных и цветных металлов, минеральных удобрений и т.п.

Месторождения каменного угля возникли в те отдаленные времена, когда на Земле создавались очень благоприятные условия для развития растительности. Было это более чем 200 млн. лет назад. Этот период в геологической истории нашей планеты так и называется – каменноугольный. Во влажном и жарком климате необычно разрастались вечнозеленые леса, которые дали начало развитию торфяников, превратившихся потом под действием давления и высокой температуры земных недр в пласты каменного угля. В этот период образовались каменноугольные бассейны Караганды, Донбасса и многие другие.

Вопросом происхождения другого очень ценного ископаемого – нефти, называемой «черным золотом», - занималось не одно поколение ученых. Предполагается, что нефть имеет органическое происхождение: она образовалась из погибших животных организмов – динозавров, достигающих 9 – 10 метров роста, носорогов, гиеноподобных хищников, гигантских свиноподобных зверей, древних парнокопытных и других.

Огромны запасы в недрах Земли горючих углеводных газов, которые все больше используются человеком как топливо и природное сырье для производства многочисленных органических материалов.

Богата наша Земля и ископаемыми минеральными удобрениями – «камнями плодородия». Главные среди них – минералы, содержащие калий и фосфор, которые служат своеобразной пищей растений. При внесении их в почву повышаются урожаи зерновых, овощей, хлопка и других культур.

Совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежных покровов – образует гидросферу Земли. Часто под гидросферой подразумевается только океаны и моря. Больше всего воды на Земле в Мировом океане; около 2% её - в ледниках. Много воды под землей. Для своих нужд человек использует главным образом воду рек и пресных озер. Но её на Земле меньше 0,001% от всей воды. Поэтому водные ресурсы планеты необходимо беречь.

Мировой океан – основная часть гидросферы. В течение года с поверхности Земли и океанов испаряется в воздух около 355 тыс. м³ воды. Большая часть её – около 90% – затем снова выпадает в виде осадков над поверхностью океанов и морей, а остальная влага уносится на сушу, падает на нее дождем, снегом и реками выносится в океан, уходит под землю, консервируется в ледниках.

Этот великий круговорот воды оказывает большое влияние на климат и обмен веществ на всей нашей планете. Водяные пары, находясь в воздухе, задерживают в атмосфере тепло Земли. Чем больше воды испаряет гидросфера планеты, тем мягче её климат. Можно говорить о двух основных разновидностях климата – континентальном и морском. На территории с морским климатом сезонные колебания температуры значительно меньше, чем там, где властвует континентальный климат. Мировой океан образно называют печкой планеты. В теплый сезон года большая масса океанской воды согревается медленнее суши и поэтому охлаждает воздух, а зимой наоборот: теплая вода океана согревает холодный воздух. Причина такого явления – в большой теплоемкости воды. Основная доля солнечного тепла улавливается на Земле морями и океанами.

Ежедневно в любую погоду океанские воды вторгаются на сушу. Затем на десятки, даже сотни метров начинает обнажаться дно при отливе. Проходят часы – и снова прилив. Наибольшие приливы наблюдаются в Англии, в устье реки Северн (разница между уровнями воды при приливе и отливе доходит до 16,3 м). Первое научное объяснение морских приливов дал Ньютон. Он доказал, что приливы обусловливаются силой притяжения Луны. Приливы и отливы происходят не только в водной оболочке Земли, но и в твердой, и в воздушной. Под действием сил притяжения Луны твердая оболочка нашей планеты дважды в сутки поднимается и опускается на несколько десятков сантиметров.

Реки земного шара ежегодно сбрасывают в моря около 35 тыс. м³ воды, причем наибольший сток – с Азиатского материка. Второе место занимает Южная Америка. Амазонка выносит в океан ¹/₁₀ воды всех рек планеты.

Большую роль в жизни людей и их хозяйственной деятельности играют атмосферные осадки. Распределение влаги на земном шаре весьма неравномерно: одни страдают от её избытка, другие – от недостатка. Поэтому очень важно научиться управлять таким природным процессом. И сейчас в небольших масштабах это удается сделать. Например, при необходимости над территорией аэропорта, города можно «прояснить погоду».

Ледяная оболочка планеты называется криосферой. Основная масса льда – ледники, которые разделяются на горные и покровные. Горные ледники – это, по существу, ледяные реки. Спускаясь вниз по склонам, они ведут себя, как реки: встречая широкое и ровное пространство, разливаются по нему, а в узких ущельях движутся, как горный поток. Правда, движение горных ледников очень медленное. Огромные языки ледников спускаются с высочайших вершин Гималаев, Тибета. Многие сибирские реки берут свое начало в ледниках Алтая и Саян.

Царство покровных ледников – арктический и антарктический пояс. Они покрывают всю поверхность арктических островов и Антарктиды, постепенно сползая к океану. В некоторых местах ледниковый покров растекается даже по поверхности моря – так рождаются плавучие ледяные горы – айсберги. Особенно огромны ледниковые отложения в Антарктиде. Здесь поистине царство льдов, их площадь превышает площадь всей Европы. Антарктида таит в себе много загадок. Когда-то этот континент был покрыт вечнозеленой растительностью, о чем свидетельствуют найденные здесь залежи каменного угля.

Знакомясь с ледяным царством на земле, нельзя забывать и о его подземных владениях. Районы вечной мерзлоты на земном шаре занимают четверть суши. На территории нашей страны мерзлота не сплошной полосой тянется от побережья Ледовитого океана до Туруханска и Якутска, а отдельные её островки есть и южнее – у Иркутска, Красноярска, Читы, на берегах Амура.

Вечная мерзлота оказалась прекрасным холодильником: тысячелетия он работал столь исправно, что сохранил трупы давным-давно погибших животных с мясом, кожей и шерстью. Когда ученые познакомились с тем, что сохранила нам замерзшая северная земля, они пришли к выводу, что вечная мерзлота – не вечна. Она образовалась около 100 тыс. лет назад, когда произошло великое оледенение.

Наступившее потом потепление оттеснило льды на острова Ледовитого океана, но под слоем почвы, оттаивающей каждое лето, на севере нашей страны осталась навеки промерзшая земля. В районе г. Якутска слой многолетних мерзлых пород составляет 220 метров, а на побережье Северного ледовитого океана – более 1000 метров.

Воздушная оболочка Земли – атмосфера. Она, как одежда, защищает нас днем от обжигающих лучей Солнца, а ночью сохраняет тепло, накопленное за день. Воздух спасает нас и от смертельного космического излучения. Если бы не было воздушной оболочки, Земля была бы мертва и нема. Ведь все живое не может существовать без воздуха, и звук рождается только в атмосфере.

Многие мыслители древности считали воздух одним из главных элементов мироздания. Так, по мнению греческого философа Анаксимена (VI в. до н.э.), воздух вездесущ и дает начало всем вещам. В XVII в. было открыто, что воздух имеет массу. Теперь мы знаем, что чем ближе воздух к поверхности планеты, тем он плотнее. Масса 1 м² воздуха у земной поверхности составляет в среднем 1,293 кг. На высоте 10 км она снижается до 400 г, а на сорокакилометровой высоте – до 4 г.

Основные составляющие атмосферы – азот (78%) и кислород (21%). Атмосфера, кроме того, содержит в небольших количествах углекислый газ, аргон, гелий, водород, озон, водяные пары и др.

Самая нижняя часть атмосферы – тропосфера - простирается до 9-17 км. В тропосфере находится ⁴/₅ всей массы воздуха. В ней образуется облака, дождь, снег, град, ветер. Поэтому её справедливо считают «фабрикой» погоды. Следующий слой – стратосфера – находится на высоте 50-55 км над земной поверхностью. Здесь стоит неизменно ясная погода, но 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 тропосферой и стратосферой происходит постоянный обмен воздушными массами.

Следующий слой атмосферы – ионосфера – состоит преимущественно из заряженных частиц, обладающих способностью отражать короткие радиоволны, что позволяет осуществить дальнюю радиосвязь. В ионосфере дуют ураганные ветры.

Выше ионосферы, на высоте 800-1000 км над Землей расположена экзосфера – зона рассеяния атмосферы. Следы атмосферы обнаруживаются и выше - на высоте более 10 тыс. км.

До высоты 100-200 км газовый состав нашей планеты значительно не меняется. Выше – до 200-250 км – преобладает азот, затем – до 500-700 км – атомарный кислород, а еще выше – гелий. У поверхности «воздушного океана» преобладает самый легкий элемент – водород.

Внешняя форма воздушной оболочки Земли не шарообразна, а вытянута с ночной стороны наподобие хвоста кометы. Длина такого своеобразного хвоста – около 100 тыс. км. Предполагается, что он образовался в результате давления солнечных лучей – солнечного ветра.

Деление атмосферы земного шара на составные части весьма условно. Нельзя провести резкую границу между отдельными частями, хотя каждая из них обладает вполне определенной спецификой.