Космогенные процессы

Космическое воздействие на Землю, в основном, состоит из следующих факторов:

- солнечная активность (СА),

- взаимодействие Земли с планетами и Луной,

- столкновение Земли с астероидами и кометами («теория катастроф»).

Солнечная активность (СА). Воздействие Солнца на планеты наиболее сильно проявляется на расстояние от Солнца до 3 а.е. Здесь располагаются Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Воздействие СА на Землю, впервые доказанные в начале 20-го века русским ученым А.Л.Чижевским (солнечно - земные связи), происходит по следующей схеме: возмущения на Солнце ® вариации магнитного поля межпланетной среды ® отклик магнитосферы и ионосферы ® изменения в кинематике вращения и обращения Земли ® вариации напряженности и спектра электромагнитных полей у поверхности Земли ® и далее до ее ядра.

Между солнечным ветром и магнитосферой Земли происходит взаимодействие: дневная сторона (“ правая ”) Земли сжимается солнечным ветром посредством магнитного поля Земли (до 10 земных радиусов от Земли), а ночная (“ левая ”) – вытягивается в невидимый хвост, длиной во многие миллионы километров (около 10 тыс. радиусов Земли) (табл. 6.1.).

Затем идет реакция всех подсистем Земли: в магнитосфере возникают возмущения (магнитные бури), полярные сияния, ультрафиолетовая радиация, ионизация верхних слоев атмосферы, колебания напряженности атмосферного электричества, давления воздуха.

В солнечно-климатических связях схема аналогичная, но добавляются изменения в кинематике вращения и обращения Земли: возмущения на Солнце → вариации магнитного поля межпланетной среды → отклик магнитосферы и ионосферы Земли → вариации напряженности и спектра электромагнитных полей у поверхности Земли → изменения в кинематике вращения и обращения Земли. Зависимость изменение скорости вращения Земли вокруг своей оси от СА было открыто еще Джонсоном (“ эффект Джонсона ”).

Таблица. 6.1. Сравнение гидрометеорологических и геодинамических реакций на изменение напряженности геомагнитного поля в цикле солнечной активности.

ТМП — геомагнитное поле

В солнечно-биосферных связях (А.Чижевский, 1930) учитывается схема: возмущения на Солнце → вариации магнитного поля межпланетной среды → отклик магнитосферы и ионосферы Земли → вариации напряженности и спектра электромагнитных полей у поверхности Земли → сдвиг в физиологических показателях организма.

Чижевским были выявлены влияния СА на:

- магнитосферу Земли: на напряженность земного магнетизма, частоту полярных сияний и появление перистых облаков, частоту появления гало и венцов вокруг Солнца и Луны, количество ультрафиолетовой радиации, радиоактивность окружающей среды, степень ионизации верхних слоев атмосферы, изменение радиоприема, колебание напряженности атмосферного электричества, землетрясений;

- атмосферу Земли: на частоту и интенсивность грозовой деятельности, количество озона в воздухе, инсоляцию, температуру воздуха и воды морей, давление воздуха, частоту бурь, ураганов, смерчей, количество осадков, частоту градобитий, число полярных айсбергов, высоту уровня озер, величину иловых отложений, колебание климата.

Лунные приливы. Отмечаются три основные влияния Луны на Землю:

1) возбуждение приливных сил на Земле, которые вызывают тепловые изменения в глубинах нашей планеты;

2) большой силовой усилитель тектонических процессов;

3) изменение скорости вращения Земли.

Приливы (и прецессию) на Земле создаются преимущественно двумя объектами - Луной и Солнцем. Из-за того, что одна сторона Земли ближе к Луне, лунное гравитационное притяжение оказывается на ближней стороне на 7% больше, чем на дальней. Это и приводит к приливам и отливам в океанах, слабым приливным явлениям в атмосфере и даже вызывает приливные колебания твердой земной коры с амплитудой около 10 см. Приливы на Земле, создающиеся Луной в среднем равны 40 см. Прилив от Солнца в 2,2 раза меньше лунных. Замечено, что наибольшая высота прилива в океанах равна 2 метрам. В каждом данном районе океана каждые 24 ч 50 мин дважды происходит прилив и дважды - отлив (если не вмешаются какие-либо осложняющие факторы). Ежесуточное отставание на 50 мин обусловлено опережающим движением Луны по ее орбите вокруг Земли, которая, непрерывно вращается, вынуждена догонять Луну.

Переход кинетической приливной энергии в тепло происходит вследствие внутреннего трения вещества в приливных горбах, вслед за Луной обегающих Землю и деформирующих ее тело. Одновременно в течение лунного месяца (27 дней) приливообразующая сила Луны колеблется от максимума в перигее (максимальное сближение с Землей) до минимума в апогее (максимальное удаление от Земли). В перигее приливообразующие силы на 40% больше, чем в апогее. Наибольшее значение сила приливов достигает при совпадении перигелия с сизигиями (новолунием и полнолунием), что происходит раз в год. Накладываясь на солнечные, лунные приливы меняют их характеристики. Подобное происходит 2 раза в лунный месяц (27 дней). В это время приливные силы Луны и Солнца складываются и возникают необычно высокие приливы. В первой и третьей четвертях Луны, когда приливные силы Солнца и Луны направлены под прямым углом друг и другу, они оказывают противоположное воздействие, и высота лунных приливов оказывается ниже приблизительно на одну треть (“ квадратурные приливы ”). Суточные изменения деформаций не линейны. Амплитуды приливов растут весной, когда Солнце и Луна находятся в соединении; она растут также при приближении Луны к Земле (перигейные приливы); и, наконец, суточные приливы, зависящие от склонения Солнца и Луны.

Лунные циклы обуславливают изменение глобальной циркуляции атмосферного воздуха и поверхности Мирового океана по территории Земли, что влияет на изменение давления воздуха, температуры, абсолютной и относительной влажности, осадков, направления ветров, уровня поверхностных вод.

Не исключено, что именно приливы обеспечивают спусковой механизм для готовящегося землетрясения. Воздействие Луны (как и Солнца) для каждого района Земли различно.

Падение астероидов и комет. Структурная масса Солнечной системы: астероиды (метеорные тела, метеориты), кометы, космическая пыль. Все они, как правило, имеют неправильную форму, не имеют магнитосферы, атмосферы и ядра (кроме комет) и по спирали постепенно сближаются с центром своего обращения (планетой или Солнцем) и со временем неизбежно упадут на него.

Комета («хвостатая звезда») на 70-90% состоит из льдов, газов, воды и пылевого вещества. В среднем диаметр ядра кометы равен 10 км, поперечник может в 10 раз превышать диаметр Земли. Ядро кометы, расположенное в передней части головы, плотное и состоит их смерзшихся газов, превращенных в лед паров воды, метана, азота, окиси углерода, космической пыли и обломков твердых небесных тел. По орбитам кометы делятся на 2 типа:

- короткопериодические – имеют период до 100 лет и небольшой радиус орбиты;

- долгопериодические - имеют период более 100 лет и сильно вытянутые орбиты.

В перигелии некоторые кометы приближаются к Солнцу до расстояния 0,5 млн. км (0,003 а.е.) и проходят через солнечную корону со скоростью 500 км/сек. В афелии они удаляются от Солнца до 400-600 а.е. и их скорость резко падает (до 1 км/сек).

Астероиды делятся на 2 группы: пояса астероидов и блуждающие.

Пояс астероидов находится между Марсом и Юпитером. Астероиды иногда называют «малыми планетами» (им присваивают имена ученых, героев, деятелей искусства). Это мелкие твердые небесные тела и обломки, достигающие в диаметре сотен километров. В настоящее время известно более 3000 астероидов, которые время от времени сталкиваются друг с другом. Новые астероиды открывают ежегодно.

Блуждающие астероиды не принадлежат поясу астероидов, они имеют различный объем, орбиту и период обращения около Солнца. Их великое множество. Орбита 2 тысяч астероидов пересекает орбиту Земли, из них - 180 довольно крупные.

Метеориты – это остатки астероидов, упавшие на Землю. Метеориты делятся на 2 класса – спорадические и поточные:

- спорадические (случайные), которые могут наблюдаться каждую ночь и исходят их разных точек неба;

- поточные (основные или “ замечательные ”), проявляющиеся в одно и то же время года в определенной точки звездного неба. Обычно это весенние, летние и осенние.

Масса некоторых метеоритов достигает нескольких десятков тонн. По составу метеориты отвечают астероидам и делятся на 3 группы: каменные (90%), железные (6%) и железо - каменные (4%). В метеоритах 75% водорода и 25% гелия; могут содержать 20% воды и 10% органического вещества.

Астроблемы («звездные раны») (импактные кратеры). Исследования аэрофотоснимков и изучения планет Солнечной системы межпланетными станциями показали, что метеорные бомбардировки с образованием астроблем и приток химических элементов, были и на ранней стадии развития Земли (4 млрд. лет назад), и не прекращаются вплоть до современной эпохи. В настоящее время на нашей планете достоверно установлено существование около двухсот кратеров импактного происхождения диаметрами от десятка метров до 340 км. С каждым годом их обнаруживают все больше. Масштабы разрушения могут быть огромными (рис. 6.8.).

Изменения климата Земли. Космические факторы влияли на глобальные изменения климата Земли. В главе 7 уже указывалось, что в истории нашей планеты фиксируется ряд глобальных периодов оледенения. Существует несколько гипотез о причинах возникновения оледенений. Факторы, положенные в основу этих гипотез, можно подразделить на астрономические и геологические. К астрономическим факторам, вызывающим похолодание на земле, относятся:

1. Изменение наклона земной оси

2. Отклонение Земли от ее орбиты в сторону удаления от Солнца

3. Неравномерное тепловое излучение Солнца.

Складываясь, все эти факторы могут изменять поступление солнечного тепла в Северном полушарии, где мы живем, на 30-32%.

К геологическим факторам относят процессы горообразная, вулканическая деятельность, перемещение материков. Активизация вулканической деятельности, по мнению одних ученых, приводит к потеплению климата на земле, по мнению других к похолоданию. Согласно гипотезе перемещения материков огромные участки суши на протяжении истории развития земной коры периодически переходили из экваториальной области в полярные, и наоборот.