Земля

Земля — пылинка в безграничных просторах Космоса, но она важнее всех других планет. Среди множества Галактик, мириадов звезд и планет в данный момент времени и в обозримом пространстве Вселенной, может быть, только на нашей планете существуют разумные существа и высокоорганизованная цивилизация. Земля относится к малым планетам Солнечной системы и имеет одного спутника Луну. Масса Луны в 50 раз меньше массы Земли, а среднее расстояние Луны до Земли всего 384 тыс. км.

По существу, Земля является двойной планетой. Несмотря на огромные достижения в науке и технике в XX веке, мы еще мало знаем о своей колыбели. Человек уже исследовал поверхность ряда планет Солнечной системы, но вглубь нашей планеты проник всего на 10-12 км. Человеческое сообщество в самом начале XXI века написало «Хартию Земли». Но большинство землян даже не представляет, что Земля это электрическая машина, а в основе ее глобальных энергетических процессов лежат законы электромеханики. Приведем лишь некоторые сведения о нашей планете в этом аспекте.

Жизнь и все удивительные события эволюции растительного и животного мира происходят в биосфере у поверхности Земли, в небольшой зоне атмосферы и литосферы. В учении о биосфере акад. В.И. Вернадского четко подчеркивается фундаментальное значение системной организованности «живой оболочки» Земли, которая представляется как грандиозная, сверхсложная, открытая, динамическая, саморазвивающаяся подсистема. Биосфера состоит, презвде всего, из живого вещества совокупности живых организмов, населяющих Землю, которые потоками вещества, энергии и информации связаны между собой и другими оболочками Земли литосферой, гидросферой, атмосферой и Космосом. Взаимное влияние этих связей такое, что среда преобразуется живым веществом, а живое вещество, в свою очередь, преобразуется изменяющейся средой.

Таким образом, эволюция определяется взаимным проникновением живого вещества и окружающей среды. Биосфера выступает как суперсистема, охватывающая подсистемы живого вещества и среду обитания. Современная среда обитания живых организмов сформировалась в результате эволюции биосферы за несколько миллиардов лет. Хотя масса живого вещества Земли составляет 1/300 массы атмосферы, действие биоты на среду обитания носит глобальный характер. За счет фотосинтеза в течение года создается до 100 млрд. т сложных органических соединений, за 4000 лет обновляется весь кислород атмосферы, а в течение года вся вода океана профильтровывается планктоном. Вода в жизни нашей планеты имеет определяющее значение, её на Земле много 1,36 млрд. км3. Суша занимает 28,8% поверхности планеты, вода 71,2%. Если смотреть на Землю из Космоса, она представляется голубым, играющим всеми оттенками шаром и самой красивой планетой в Солнечной системе.

Из общего количества, 97% воды соленая, а из запасов пресной воды 75% содержат ледники и айсберги, примерно 22% пресной вода содержат грунтовые воды. И только 1% (!) пресной воды находится в реках и озерах. Для большинства стран проблема чистой пресной воды является одной из наиболее актуальных. Среди девяти планет Солнечной системы Земля занимает третью от Солнца орбиту, располагаясь между Венерой и Марсом. Средний радиус Земли 6371 км. Длина экватора 40070,4км. Поверхность Земли 510 млн. км2. Средняя плотность Земли 5,52 (плотность Земли принято выражать в относительныхединицах). Среднее расстояние Земли от Солнца 149,5 млн. км. Средняя скорость движения Земли по орбите 29,76 км/с. Длительность одного оборота Земли вокруг оси 23 часа 56 мин. 4,1 сек. Скорость вращения Земли у ее поверхности на экваторе равна 465 м’с. Год равен 365 суткам 5 часам 48 минутам и 46 секундам. Земная ось имеет наклон к плоскости вращения вокруг Солнца на угол бб°30′ День зимнего согащестояния 22 декабря, а летнее солнцестояние в северном полушарии — 22 июня. На рисунке в весьма упрощенном виде представлено внутреннее строение нашей планеты. Земля имеет твердое железное ядро (1). жидкое ядро (2), в наружной части переходящее в нижнюю мантию и твердую мантию (3) и кору Земли (4).

Поверхность Земли окружена атмосферой (5), плотность и состав которой изменяется с высотой. На высоте 400500 км начинается ближний Космос, где частицы атмосферы почти отсутствуют. Твердое внутреннее ядро, состоящее, в основном, из железа, имеет радиус 1250 км, а жидкое ядро 3470 км. Температура ядра около 6000°, а давление достигает нескольких сотен тысяч атмосфер. Объем жидкого ядра составляет 16 % от объема всей планеты, а масса примерно 32 %. Жидкое ядро представляет собой расплав железа, в котором растворены никель, кремний и небольшое количество других элементов. Непрерывно перемещаясь, жидкая часть ядра осуществляет сепарацию, сортируя по удельному весу материалы, из которых сложена планета.

Внешняя часть жидкой магмы, находящаяся на периферии ядра, постепенно переходит в нижнюю мантию, где тяжелые компоненты мантии погружаются в расплав ядра, а легкие медленно поднимаются в верхнюю мантию. Кора Земли покоится на верхней мантии и имеет толщину всего в несколько десятков километров. Переход от одной сферы Земли к другой плавный, между сферами нет четких границ. Плотность Земли возрастает от 2.6 на поверхности до 6,8 на границе ядра, а в центральной части ядра превышает 12. Столь резкое изменение плотности объясняется частичным разрушением электронных оболочек атомов при высоком давлении. При этих условиях ядро имеет свойства жидких тел, а электропроводность близка к электропроводности меди.

Оторвавшись от Земли и устремляясь ввысь, сначала попадем в тропосферу, которая простирается до высоты 1215 км, где мы живем и где идут дожди, снег, плавают облака, бывают бури и грозы — все то, что составляет погоду на Земле. До высоты 12-15 км температура атмосферы падает с увеличением высоты. Выше начинается стратосфера, где температура с увеличением высоты растет. Стратосфера имеет верхнюю границу на высоте 45-50 км. В стратосфере расположен максимум слоя озона 03, который защищает на Земле все живое от губительных ультрафиолетовых лучей. Выше стратосферы на высоте 50-85 км находится мезосфера, где температура вновь понижается. В районе верхней границы мезосферы появляются серебристые облака, происхождение которых связано с наличием слоя космической пыли.

За мезосферой с высоты 85 км до 120 км идет термосфера, в которой на высоте около 85 км наблюдается самая низкая температура (П0°С и ниже). Затем по мере подъема над Землей температура снова растет. Давление по мере подъема во всех сферах падает. На высоте 80 км давление в 10 тысяч раз меньше, чем у поверхности. Внешняя часть земной атмосферы размыта, она плавно переходит в экзосферу и межпланетное пространство. Повышение температуры продолжается до высоты примерно 200 км, где температура может превышать 1000° по шкале Кельвина.

Начиная с этой высоты температура понижается. Примерно до высоты 100 км состав воздуха не изменяется: 78% азота (N2) и 21% кислорода (О2), 1% приходится на инертный газ аргон, углекислый газ СО2, азотные окислы, водяной пар и другие примеси. Несмотря на небольшое количество, примеси могут оказывать большое влияние на жизнедеятельность живых организмов. На высотах более 100 км легкие составляющие стремятся вверх, а тяжелые — оседают вниз. Аргон составляет уже тысячные доли процента, а молекулы и 0, под действием солнечных лучей распадаются на атомы N и О. Атомарный кислород господствует до 800 км, а выше 1000 км преобладает водород. В газообразной оболочке Земли есть еще одна сфера, имеющая важное значение для энергетических процессов на планете ионосфера, где существуют ионы и электроны.

Условно нижней границей ионосферы считается высота около 50 км. Определенной верхней границы у ионосферы нет, она распространяется до высоты 200-300 км. Свойства ионосферной плазмы с высотой изменяются. В нижних слоях ионосферы преобладают нейтральные частицы, а в верхних слоях заряженные частицы, эту область называют пчазмосферой. В ионосфере находятся радиационные пояса, которые представляют собой кольцевые токовые слои, которые имеют внутренний и внешний радиусы, достигающие размера трех или пяти земных радиусов. Радиационные пояса участвуют в создании магнитного поля Земли и электромеханике планеты.

Читатель, наверное, уже обратил свое внимание на то, что наши знания более содержательные, когда рассматривается то, что происходит над нами, а то, что происходит в недрах Земли закрыто от нас и поэтому исследовать недра можно косвенно или с помощью гипотез. Глобальные электрические и магнитные явления во все времена развития цивилизации удивляли и приводили в трепет людей, и до сих пор нет удовлетворительного объяснения многих явлений. Отставание в решении земных энергетических проблем можно объяснить тем, что ученые, занимающиеся проблемами Земли, подходили к их решению, в основном, с позиций механики и теплофизики, слабо используя успехи электромеханики.