Проблема заключается в том, что, несмотря на героические усилия, не создано описание гравитации в терминах гравитонов. Квантовая теория гравитации пока неясна.
15. Что делает Землю особенной?
Три причины: жизнь, жизнь, жизнь. Земля — единственная планета, которая может похвастаться биологией. Но она имеет также и другие особые свойства, возможно, относящиеся к жизни.
Из четырех скалистых планет Солнечной системы Земля — единственная, обладающая водой на поверхности, — это важно для происхождения и сохранения жизни.
Венера и Марс сразу после формирования, возможно, также имели воду. На Венере (она ближе к Солнцу) океаны испарились. Венера стала окончательно «оранжерейной» планетой.
Марс, будучи меньше Земли, быстрее потерял свое тепло. Также он рассеял большую часть своей атмосферы/водяного пара в пространство. Оставшаяся вода застыла.
Земля находится в обитаемой зоне — зоне «Златовласки»[1], т. е. имеет оптимальное соотношение размера и расстояния до Солнца. Если планета ближе к Солнцу, на ней слишком жарко, как на Венере. Если намного меньше по размерам, на ней слишком холодно, как на Марсе.
Земля — единственная скалистая планета с большой Луной. Притяжение Луны выправляет Землю всякий раз, когда ее ось отклоняется, что сохраняет климат пригодным для жизни.
Радиоактивность сохраняет расплавленным ядро Земли. Медленные, заряженные потоки генерируют магнитное поле. Они защищают жизнь от смертельных частиц, идущих от Солнца/из космоса.
Наконец, Земля является единственной планетой в Солнечной системе с тектоникой плит (см. следующую страницу), которая предотвращает накопление CO2 в атмосфере.
Земля может быть гигантской «сложной саморегулирующейся системой» (гипотеза Геи) с биологией и геологией, совместно сохраняющими планету обитаемой.
16. Что такое тектоника плит?
В 1620 англичанин Фрэнсис Бэкон замечает, что береговые линии Африки и Южной Америки похожи на кусочки головоломки, подходящие друг другу.
В начале XX в. немец Альфред Вегенер задумался: может, континенты сначала были объединены, а затем разъединились?
Вегенер умирает в 1930 во время путешествия по Гренландии. К сожалению, он никогда не увидит триумфа своей весьма спорной идеи — «континентального дрейфа».
К концу XX в. основная идея Вегенера подтверждается и конкретизируется в современную полномасштабную теорию «тектоники плит».
Поверхность Земли (литосфера) плавает на расплавленной магме. Существуют 2 типа коры: океаническая — тонкая/плотная; континентальная — толстая/легкая, которая плавает выше.
Литосфера раздроблена на «тектонические плиты». Там, где две континентальные плиты сталкиваются, происходят смятие и подъем коры, что приводит к образованию горных цепей, подобных Гималаям.
Когда континентальная и океаническая плиты сталкиваются, океаническая опускается вниз, ныряя под континентальную и поднимая ее вверх. В результате образуются горы (Анды) и вулканы (вследствие трения).
Когда пластины расходятся на «срединно-океанических хребтах», лава поднимается и заполняет этот разлом, создавая новую кору. Океан распространяется. Когда-то Атлантика была лужей.
Примечательно, что сегодня в Африке мы можем наблюдать рождение нового океана. В Афаре (Эфиопия) 3 пластины отдаляются друг от друга. Образовавшийся разлом будет заполнен водой.
Согласно представлениям о тектонике плит, 250 млн лет назад Земля представляла единый «суперконтинент» (Пангея). Его раз лом породил сегодняшние континенты.
Движущей силой тектоники плит являются поднимающаяся горячая магма и опускающаяся внутрь Земли холодная магма по аналогии с нагреваемой в кастрюле водой.
Источником тепла является радиоактивность горных пород. Первоначально это расплавило Землю так, что плотное железо опустилось к ядру, а легкая порода (литосфера) всплыла на поверхность.
Никто не знает, что изначально разломало литосферу на плиты. Может быть, просто охлаждение и сжатие Земли или воздействия из космоса.
Жидкая вода имеет решающее значение в качестве смазки при движении плит. Венера, которая приблизительно одного размера с Землей, но не содержит воды, не имеет тектоники плит.
17. Почему Земля внутри расплавлена?
Это не так. По крайней мере, не в самом центре планеты. Земля имеет твердое внутреннее ядро и жидкое внешнее ядро. Оба состоят из железа и никеля.
В обычных условиях железо плавится при 1536 °C. Но температура плавления материала растет с увеличением давления. Во внутреннем ядре давление слишком велико для плавления железа.
Твердое внутреннее ядро имеет диаметр 2430 км — 70 % от размера Луны. Его температура 5430 °C, а давление ~350 гигапаскалей (3,5 млн атмосфер).
Расплавленное внешнее ядро — слой толщиной около 2250 км. Его температура колеблется в диапазоне от 4400 до 6100 °C. Вероятно, оно также содержит серу и кислород.
Токопроводящие потоки во внешнем ядре генерируют магнитное поле Земли. Если бы все ядро было твердым, Земля не имела бы магнитного поля.
Земля — «дифференцированное» тело: тяжелые элементы (железо, никель) опустились к центру из-за гравитации. Таким образом, Земля имеет «слоистую» внутреннюю структуру.
Так почему же внутри Земли так жарко? По двум причинам: из-за Реликтового тепла, высвободившегося при формировании планеты, и из-за тепла от распада радиоактивных элементов.
Земля образовалась при столкновении и слиянии протопланет. Было сгенерировано много тепла. Древняя Земля была полностью расплавлена, это создавало возможности для расслоения.
Радиоактивные элементы (уран, торий, калий[2]) медленно распадаются на более легкие элементы. Это также производит тепло в ядре и мантии Земли.
Земля медленно остывает, отдавая внутреннее тепло холодно пространству. Но: большая планета содержит больше тепла (из обоих источников), чем маленькая.
Кроме того, большое тело имеет меньшую площадь поверхности, теряющую тепло, по отношению к объему. Поэтому оно остывает медленнее. По той же причине взрослые охлаждаются медленнее, чем дети.
Все проявления геологической активности (вулканы, землетрясения, возникновение гор) обусловлены теплом, распространяющимся из недр Земли к поверхности.
18. Откуда мы знаем возраст Земли?
Вопрос возраста Земли связан с возрастом Солнца, так как Солнце не может быть моложе (тогда Земля была бы замерзшей).
То, как долго Солнце светит, зависит от того, насколько много тепла оно отдало и каков источник его энергии. Самые ранние измерения были произведены в XIX в.
В XIX в., когда все работало на пару и угле, у физиков напрашивался вопрос: не является ли Солнце гигантской глыбой горящего угля?
Сколько времени могла бы глыба угля размером с Солнце — прародительница всех глыб угля — поддерживать тепловыделение Солнца до израсходования угля? Приблизительно 5000 лет.
5000 лет оказалось слишком мало даже для ирландского архиепископа Ашшера, который вывел из Библии, что Земля была создана в воскресенье 23 октября 4004 г. до н. э. — в 9:00.
Геология и биология говорят нам, что Земле по крайней мере сотни млн лет. Ведь необходимы долгие годы для формирования гор…
…и для того, чтобы все живое могло эволюционировать от одного общего предка. Физики тоже имеют свои весомые соображения относительно возраста Земли.
Радиоактивный уран в горных породах превращается в свинец с известной скоростью, так что соотношение между их количествами может быть использовано в качестве «часов». Возраст Земли составляет миллиарды лет.
В 1907 американский физик Бертрам Болтвуд из данных по радиоактивному распаду датировал горные породы из Шри-Ланки. Их возраст оказался колоссальным — 2,2 млрд лет.
Фактически самым древним породам, найденным на Земле, около 4 млрд лет. Но Земля, конечно, должна быть еще старше. Вопрос в том, сколько ей лет?
Самая точная оценка возраста Земли достигается радиоактивным датированием метеоритов, строительных обломков, оставшихся после рождения Солнечной системы: 4,55 млрд лет.
Итак, возраст Солнца и Земли составляет примерно треть от возраста Вселенной, которая возникла в результате Большого взрыва около 13,7 млрд лет назад.
