Читать книгу "Вселенная на ладони - Колин Стюарт"

Стабилизирующий парашют не раскрылся – кто-то установил датчик ускорения верх ногами. Почти весь бесценный груз «Генезиса» был испорчен до невозможности.

Однако, к счастью, некоторые образцы были почти полностью восстановлены. Зонд запустили тремя годами ранее в смелой попытке захватить частицы солнечного ветра и вернуть их на Землю для проведения анализа. Это был первый случай возвращения миссии со времен миссий «Аполлона» и первая миссия из всех, которая привезла материал с орбиты, находящейся за пределами орбиты Луны.

Идея невидимых частиц, устремляющихся наружу из Солнца, обсуждалась уже в 1859 году Ричардом Каррингтоном во время события Карррингтона. В настоящее время мы знаем эти заряженные частицы – в большинстве своем электроны и протоны, – выбрасывающиеся из Солнца во все стороны со скоростью более миллиона километров в час. Самые стремительные потоки вырываются из дыр в солнечной короне. Оказавшись на свободе, частицы разлетаются по всему космическому пространству за пределами орбит планет, где они пересекаются с другими ветрами, исходящими от других звезд.

Когда солнечный ветер сталкивается с магнитным полем Земли, в приполярных областях Земли возникает полярное сияние. Однако солнечный ветер далеко не погожий, – он также обладает достаточной разрушительной мощью. По мнению астрономов, атмосфера Марса в прошлом была значительно плотнее и таким образом могла сохранять жидкую воду на марсианской поверхности. В отсутствии магнитного поля, однако, солнечный ветер постепенно разъедал атмосферу Марса, «раздев» его догола. Сегодня Марс представляет собой обезвоженную, бесплодную пустыню.

Земля

Образование и структура

Земля была сформирована из обломков и другого остаточного материала. Главным событием в этой части Вселенной было образование Солнца приблизительно 4,6 миллиарда лет назад.

Но огромное количество газов и пыли продолжало вращаться вокруг недавно родившейся звезды. Под воздействием гравитации этот материал объединился в более крупные объекты, которые называются «планетезимали», или планеты в начальной стадии зарождения – строительные блоки будущих планет, – каждый около километра в диаметре.

Примерно 4,56 миллиарда лет назад, лишь через несколько сотен миллионов лет после образования Солнца, некоторые обломки породы и металлов столкнулись друг с другом и, смешавшись, образовали Землю. Непрерывные бомбардировки новыми планетезималями, наряду с энергией, выделяющейся вследствие радиоактивного распада, поддерживали новообразованную планету в расплавленном состоянии. Под воздействием сил гравитации сформировавшееся шарообразное космическое тело превратилось в итоге в земной шар.

Земной шар в начальной стадии формирования находился в полностью расплавленном состоянии, что позволяло тяжелым материалам, таким как железо, устремляться в направлении его ядра

Поскольку наша планета находилась в расплавленном состоянии, наиболее тяжелые материалы могли свободно опускаться на дно. И наоборот, самые легкие материалы в итоге оказались на поверхности. Геологи называют этот процесс дифференциацией. После охлаждения уже отдифференцировавшегося земного шара над плотным ядром из железа и никеля сформировалась твердая земная кора.

В настоящее время в центре нашей планеты продолжает находиться железо-никелевое ядро. Оно подразделяется на две части – внутреннее и наружное ядра. Внутреннее ядро твердое, а наружное находится в расплавленном состоянии из-за огромной разрушительной силы вышележащих материалов.

Температура в пограничной области между внутренним и наружным ядром Земли может достигать 6000 градусов по Цельсию, делая ее такой же разгоряченной, как поверхность Солнца. В совокупности внутренняя и наружная части земного ядра составляют 55 % всей внутренней части нашей планеты и окружены мантией, состоящей из полурасплавленной породы, называющейся магмой. Верхнюю поверхность мантии покрывает земная кора – поверхность планеты, на которой мы и живем. Достигая всего 60-километровой толщины в самой глубокой своей части, земная кора составляет лишь половину процента от диаметра Земли. Если бы наша планета сжалась до размера яблока, то ее кора равнялась по толщине кожуре яблока.

Океаны и атмосфера

Самым поразительным на нашей голубой планете являются огромные запасы воды. Более 70 % поверхности Земли покрыто водой – H2O, находящейся в жидком состоянии, и жизни всех живых существ на Земле, начиная от мельчайшей бактерии до гигантского синего кита, зависят от воды. Любая вода, если бы она существовала на Земле изначально, уже давно испарилась бы вследствие наблюдавшихся тогда адских температур, следовательно, она появилась на земле позже. Но откуда?

Она могла быть образована в пределах мантии глубоко под корой. Жидкий водород и кварц способны вступать в реакцию, чтобы образовать жидкую воду, и эта вода могла быть впоследствии заперта внутри породы. В 2014 году на глубине в 700 километров был обнаружен огромный резервуар с водой, способной трижды заполнить океанские впадины на поверхности Земли. По всей вероятности, с течением времени пары воды испарялись через трещины в коре, попадая наружу. А впоследствии, по мере охлаждения нашей планеты, водяные пары стали конденсироваться, переходя в жидкое состояние, и заполнили все нижележащие впадины.

Другой вероятный источник воды находился в открытом космосе – вероятно, он попал к нам вместе с астероидами и кометами, когда эти космические тела столкнулись с Землей. Однако у такой идеи имеются явные изъяны. Анализ вещества комет показывает, что многие из них содержат другой тип воды, отличающийся от той, которая заполняет наши моря и океаны. Если бы вода попала к нам вместе с астероидами, то в атмосфере нашей планеты сегодня содержалось бы значительно больше ксенона, чем это имеет место на самом деле. Так что вопрос остается открытым.

Вопрос, касающийся происхождения атмосферы Земли, несколько более ясен, однако в момент зарождения ее состав сильно отличался от сегодняшнего. Первые газы, приставшие к недавно родившейся Земле, были высвобождены в результате вулканической активности из глубин нашей планеты. Это были главным образом диоксид углерода, перемежающийся с монооксидом углерода, сульфид водорода и метан. Свободного кислорода тогда еще не было. Весь кислород был связан в воде (H2O) и твердых кремниевых соединениях, таких как двуокись кремния (SiO2).

Но все изменилось 3 миллиарда лет назад, когда в океанах стали буйно развиваться микроскопические организмы, называющиеся цианобактериями. Они стали производить свободный кислород путем реакции между двуокисью углерода, водой и солнечным светом в процессе фотосинтеза. Образование кислорода в атмосфере привело к самому массовому вымиранию организмов в истории Земли, поскольку кислород был токсичен для подавляющего большинства существовавших тогда форм жизни. Выжили только те организмы, которым удалось приспособиться к грандиозному сдвигу в химическом составе земной атмосферы. Вы произошли от потомков организмов, успешно переживших те события. В настоящее время кислород является вторым преобладающим элементом в атмосфере Земли (21 %) после азота (78 %).