ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА ТАИТ МНОГО ПАРАДОКСОВ
Владимир ЧЕРНЫЙ доктор физико-математических наук
На главную страницу
Темы дня:
• Американские физики пришли к сенсационному заключению
• Тайна Туринской плащаницы раскрыта?
• К чему приведет скрещивание нанороботов и мозга? Самое смелое предсказание доктора Курцвейла
• Одна из пряных трав оказывает заметный "молодящий" эффект
• Полезно или вредно есть на ночь: ученые дали однозначный ответ
• Параллельные миры: ученые приблизились к разгадке самой интригующей тайны мироздания
• Чудодейственная "молекула памяти": способы усиления и ослабления памяти
begun Дать объявление
Всегда быть в курсе событий?
Только актуальные новости из мира политики. Подробнее …
www.gzt.ru
Все объявления
Теория возникновения Вселенной в результате Большого взрыва весьма популярна и имеет множество сторонников. Считается, что эту теорию подтверждает существование реликтового излучения, за открытие и изучение которого были присуждены две Нобелевские премии: в 1978 году (Арно Пензиас и Роберт Вильсон из США) и в 2006 году (Джон Мэтер и Джордж Смут, тоже из США). Но является ли Большой взрыв и последующее развитие событий физической реальностью — до сих пор остаётся вопросом.
ЗАГАДКИ РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В 1928 году Александр Фридман построил модель «расширяющейся Вселенной». Теория предполагает, что Вселенная зародилась примерно 13,7 млрд лет назад после взрыва некоего сверхплотного яйца (иначе — точки сингулярности; условной точки пространства, содержащей бесконечное или очень большое количество энергии и материи). Взрыв сопровождался мощным выбросом элементарных частиц. Из этой «каши» протонов и электронов в дальнейшем образовались звёзды и галактики. Считается, что в младенческом возрасте температура Вселенной составляла около 3000оС, затем она постепенно падала, а сегодня лишь ненамного превышает абсолютный ноль. Интересно, что подобный сценарий возникновения Вселенной — взрыв Космического яйца упоминается в древнееврейской каббале, в древнекитайских мифах и в древнеегипетских «Текстах саркофагов».
Модель Фридмана предполагает, что эволюция Вселенной может идти двумя путями: либо бесконечное разбегание вещества от точки взрыва, либо смена в какой-то момент фазы расширения фазой сжатия вплоть до коллапса, когда Вселенная снова обратится в точку. Выбор пути зависит от критической плотности вещества мира. Если плотность выше некоторой величины, то происходит коллапс. Если меньше — то наши далёкие потомки всё так же будут наблюдать на небосклоне удаляющиеся друг от друга звёздные скопления.
Всего через год, в 1929-м, Эдвин Хаббл обнаружил «красное смещение» в спектрах далёких галактик — понижение частоты их излучения в зависимости от расстояния от Земли. Строго говоря, смещение спектра светимости далёких галактик в красную область было замечено пятнадцатью годами ранее американским астрономом В. Слайфером, однако именно Хаббл предположил, что смещение является следствием разбегания галактик, и сформулировал закон, получивший его имя. Согласно закону Хаббла, степень красного смещения удалённых объектов пропорциональна их расстоянию от наблюдателя. То есть, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Эти величины связаны между собой коэффициентом — постоянной Хаббла. В каждый данный момент времени постоянная Хаббла одинакова для любой точки Вселенной. Однако ясно, что когда скорость разбегания замедлится — такое должно происходить по мере того, как Вселенная остывает, — коэффициент должен уменьшаться.
Гигантский начальный взрыв в модели «горячей Вселенной», очевидно, сопровождался мощным первичным излучением. Его следы непременно должны были сохраниться и обнаруживаться и теперь. Впервые предположение о существовании первичного излучения высказал американский физик, эмигрант из России Георгий Гамов. Сразу же точности ради следует отметить, что само название — «реликтовое излучение» — придумал член-корреспондент АН СССР И. Шкловский.
В 50-х годах прошедшего века инженер Т. Шмаонов, испытывая радиоантенну новой конструкции, обнаружил странные сигналы из космоса на длине волны около 3 см, о чём сообщил в статье, опубликованной в журнале «Приборы и техника эксперимента». Статью эту астрофизики не заметили, поскольку журнал для них был непрофильным. Тем не менее, как очень скоро подтвердилось, Шмаонов был первым, кто «услышал» именно реликтовое излучение (см. «Наука и жизнь» № 6, 2009 г.).
Изучение артефакта и углубление теории шло параллельно. В начале 1960-х годов советские учёные А. Дорошкевич и И. Новиков установили, в каком диапазоне частот и как искать реликтовое излучение, а также предсказали его предполагаемые характеристики. Теперь излучение начали изучать физики всего мира.
В 1980-х годах возникла дискуссия о тонкой структуре реликтового излучения. Оказалось, что только в первом приближении оно изотропно и однородно. Академик А. Д. Сахаров предсказывал его квантовые осцилляции. Это предположение подтвердилось, когда учёные Института космических исследований АН СССР И. Струков и М. Сажин организовали пионерский эксперимент со спутником «Реликт» по проверке неоднородности реликтового излучения. Результаты были опубликованы в научных журналах, в том числе и в США. Этот эксперимент через некоторое время воспроизвели американцы со спутником СОВЕ, и хотя при проведении эксперимента использовалось более совершенное оборудование, результаты его фактически продублировали полученные нашими учёными. Тем не менее Нобелевскую премию «за открытие спектра чёрного тела в реликтовом излучении и анизотропии этого излучения» в 2006 году получили американцы.
Однако реальность Большого взрыва всё равно вызывает сомнения. Кстати, сам автор термина «Большой взрыв» — нобелевский лауреат Фредерик Хойл из США в эту теорию не верил. Теория рождает много парадоксов, но не объясняет их.
В 1970-е годы по инициативе академика Б. Зельдовича учёные СССР и США построили компьютерную модель распределения материи во Вселенной. Оказалось, что галактики объединяются в метагалактики и располагаются в пространстве как бы в узлах некой ячеистой структуры с шагом порядка 100 млн световых лет. Внутри ячеек царит относительная пустота. Пространственно-временной континуум Вселенной оказался структурированным. Наблюдения показывают, что уже на масштабах 109 световых лет материя распределена в пространстве вполне однородно (ячейка однородности). Куда не посмотри — Вселенная везде одинакова. Результат «взрывного разброса» вещества должен бы выглядеть несколько иначе.
Это несколько ослабило авторитет сторонников фридмановской «расширяющейся Вселенной» и теории Большого взрыва. Интересно, что тогда же эффект структурирования пространства был открыт российскими учёными и при исследовании биологических объектов: колонии одноклеточных водорослей (хлореллы) в аквариуме либо принимали объёмную форму дерева, либо выстраивались в ячеистую структуру, подобную пространственному распределению метагалактик.
Подытожим базовые факты, которыми располагает сегодня наука.
Красное смещение. Оно действительно существует. Объясняя его эффектом Доплера (длина волны света, который испускает объект, удаляющийся от наблюдателя, возрастает), Хаббл сделал вполне логичное заключение, что галактики разбегаются. Но, как оказывается, отнюдь не все. Некоторые притягиваются друг к другу и даже сталкиваются. И, самое главное, постоянная Хаббла не уменьшается, как предсказывал он сам, а растёт, что подтверждают последние измерения.
В космологии обнаружились и другие очевидные парадоксы. С одной стороны, наблюдения за динамикой звёзд в галактиках и галактик в скоплениях показали, что их собственной, вычисленной с Земли массы недостаточно для поддержания гравитационной стабильности, что предполагает наличие во Вселенной некоей дополнительной материи (её называют тёмной материей), участвующей в гравитационном притяжении. С другой, более тщательные исследования красного смещения в ближней области на расстояниях 105—107 световых лет и наблюдение вспышек далёких сверхновых показывают, что скорость расширения Вселенной со временем увеличивается. Это обстоятельство потребовало введения дополнительного фактора — тёмной энергии, обладающей уже антигравитационными свойствами, которая и заставляет Вселенную расширяться дальше.
Тут, кстати, возникает парадокс логический: если Вселенная бесконечна, как возможно, чтобы бесконечность расширялась? Впрочем, парадокс этот относится не к физике, а к категории философских софизмов, потому продолжим.
Реликтовое излучение — потенциальный свидетель и соучастник Большого взрыва. Любой объект во Вселенной является источником излучения. Физики достаточно достоверно научились определять по его характеру свойства объекта. Например, по радиоизлучению некогда выяснили состав грунтов на Луне и на Марсе, сравнив соответствующие характеристики с излучением грунтов земных. В процессе таких исследований учёные обнаружили некую постоянную составляющую в спектре космического излучения, которая никак не связана с изучаемым объектом. Это и было реликтовое излучение, которое по теории Большого взрыва должно нести информацию о состоянии Вселенной в начале её рождения. И вот что крайне любопытно: реликтовое излучение соответствует состоянию материи при температуре 2,7°К. А каково «поведение» Вселенной в диапазоне температур от 0 до 2,7°К? Ответов на эти вопросы нет. Но пока из данного факта можно сделать не то чтобы окончательный вывод, но достаточно логичное предположение: не означает ли это, что именно такой была температура Вселенной 14 млрд лет назад? Не 3000°С, а 2,7°К.
Тогда картина мира выглядит совсем иначе.
Начальным состоянием нынешнего цикла была не фридмановская точка сингулярности, не Космическое яйцо в преддверии Большого взрыва, а однородное и холодное пространство — материя. В некий момент оно начало разогреваться (о том, как и почему это происходило, чуть ниже), образуя галактики, звёзды и планеты. Достигнув максимума, разогрев должен смениться охлаждением, в конце которого наступит «смерть» Вселенной, а затем начнётся новый цикл…
ЭЛЕКТРОН НАБИРАЕТ ВЕС
Любая среда, температура которой выше абсолютного нуля, имеет неоднородности, способные послужить толчком для начала спонтанных изменений в состоянии этой среды — флуктуаций. Температура 2,7°К, конечно, не сочинский курорт, однако этому условию вполне удовлетворяет. В отсутствие очевидцев этого состояния Вселенной мы имеем лишь одну возможность проверить наши предположения — построить его математическую модель. Такую модель — модель физического вакуума создал российский физик Евгений Ченский. Он уподобил пространство бесконечно протяжённому кристаллическому объекту с периодом решётки внутренней структуры 10–33 см.
Почему именно такая величина?
Внутренняя структура любого кристаллического твёрдого тела представляет собой решётку, в узлах которой располагаются атомы. Они находятся на строго определённом расстоянии друг от друга, и, пока это расстояние сохраняется, химические и физические свойства данного вещества остаются неизменными. Именно на этом расстоянии атомы вещества эффективно взаимодействуют друг с другом, сохраняя созданную их объединением сущность.
Как и в кристалле, условием стабильного состояния вакуума является взаимодействие между частицами, их притяжение и отталкивание на основе сохранения неизменной дистанции друг от друга. Такое взаимодействие возможно, если период решётки вакуумного «кристалла» не ниже 10–33 см. Дальнейшее уменьшение параметров решётки вызывает гравитационную неустойчивость системы: если частицы сблизятся, сила гравитационного притяжения между ними превысит силу кулоновского отталкивания и частицы слипнутся.
Именно такую конструкцию — решётку физического вакуума — изучал Планк. Он, собственно, и ввёл планковскую длину, начиная с которой происходит гравитационная деформация решётки. Лоренц выводил свои знаменитые релятивистские формулы – преобразования Лоренца, — которые затем использовал Эйнштейн, основываясь на модели всё той же фундаментальной, «незыблемой» решётки.
Что находится в узлах решётки вакуума, мы пока не знаем, поэтому в математической модели размещаем там условные осцилляторы (маятники), по положению которых станем судить о состоянии системы. Если маятники отклоняются от нейтрального положения — энергия системы изменилась. Взаимодействие между маятниками создаёт некий спектр возбуждения вакуума, в результате которого и рождаются наблюдаемые частицы.
Вселенная бесконечна, бесконечно количество узлов и маятников в модели, но Ченский доказал, что для описания поведения наблюдаемых частиц достаточно всего двенадцати уравнений. Решения этой системы уравнений позволяют сделать несколько весьма необычных выводов, главный из которых – отказ от гипотезы Большого взрыва. Вполне возможно, что всё в нашей Вселенной происходило (и происходит) несколько иначе.
Итак, рассмотрим новую модель нашего мира.
Точка отсчёта — Вселенная при температуре 2,7°К. Её энергия «законсервирована» в протонах, масса и потенциальная энергия этих частиц максимальны для данного цикла, масса электрона — неизменной и обязательной пары протона — минимальна. Непроизвольный, но статистически ожидаемый в бесконечном пространстве и времени толчок к некоему изменению состояния (флуктуация) побуждает протон излучать энергию (массу) и одновременно приобретать ускорение. Этот процесс и означает начало процесса разогрева материи вплоть до температур реакции ядерного синтеза.
Энергию (массу) протона «впитывает» его антипод — электрон. Собственно говоря, науке неизвестно, что собой представляют эти частицы. Мы сумели измерить некоторые характеристики электрона — массу, заряд, спин, но это ещё не даёт нам никаких оснований считать его материальной точкой. Скорее всего, и электрон и протон следует рассматривать как некие облачка материи, масса и плотность которых может меняться. Облачка перетекают один к другому, протон массу теряет, а электрон становится тяжелее.
Астрофизикам давно известен феномен Юпитера и Сатурна, которые излучают вдвое большую энергию, чем получают от Солнца. Феномен известен, но не объяснён. Между тем, если использовать для его понимания предлагаемую гипотезу, ситуация проясняется. Эти планеты-гиганты состоят преимущественно из водорода и гелия. Водород — простейший элемент, система «протон — электрон». Происходящее в этой системе перераспределение масс сопровождается выделением энергии, что мы и фиксируем. Следовательно, Вселенная до сих пор находится в состоянии разогрева.
ТЁМНАЯ ЭНЕРГИЯ И ТЁМНАЯ МАТЕРИЯ
При взгляде с этой позиции исчезает парадокс роста постоянной Хаббла, а также иначе объясняется феномен красного смещения, которое обычно интерпретируют как доказательство расширения Вселенной. Красное смещение – это оптический эффект состояния энергий (масс) электрона и протона в то время, которое доносят до нас космические лучи. Имеется в виду, что, наблюдая некий галактический объект, находящийся от нас на расстоянии, допустим, полумиллиарда световых лет, мы видим то, что происходило с ним именно полмиллиарда лет назад, а не сейчас. Наблюдаем энергетический паритет пары «протон — электрон» полумиллиардолетней давности. А у постоянной Хаббла появляется новый физический смысл: она характеризует не скорость расширения Вселенной, а скорость изменения массы электрона.
И тогда, если нет разбегания Вселенной, нет нужды и в конструировании механизма разбегания — гипотезы существования тёмной энергии. Вселенная не расширяется, она нестационарна (её свойства периодически меняются) и бесконечна в пространстве и во времени.
Как сказано выше, тёмной материей астрономы называют недоступную для обнаружения современными средствами земной науки массу, которая обеспечивает гравитационное равновесие галактик и метагалактик. Известно, что все элементарные частицы — фотоны, нейтрино, электроны, протоны (космические лучи) — создают гравитационное поле в меру своей энергии, а не нулевой массы. Фотон, например, массы покоя не имеет, но закону всемирного тяготения прекрасно подчиняется. Нейтрино трудно регистрировать количественно даже в земной лаборатории, а в космическом пространстве — тем более. Так, впервые увенчавшийся успехом эксперимент по обнаружению нейтрино проводился в золотой шахте ЮАР в 1965 году на глубине 3 км. Важнейшее свойство этой частицы заключается в том, что нейтрино тем труднее регистрировать, чем его энергия меньше. Отчего же не предположить, что именно огромное количество нейтрино с малой энергией, которые мы не в состоянии обнаружить современными средствами наблюдения, заполняет космическое пространство. Возможно, они — нейтрино — и составляют основу (или по крайней мере значительную её часть) непонятной материи, получившей наименование тёмной. Может быть, поэтому нет необходимости специально искать тёмную материю: релятивистская масса космических лучей и есть та самая тёмная материя.
ОТ РАЗОГРЕВА К ОХЛАЖДЕНИЮ
Электрон и протон — парные частицы, число тех и других в природе одинаково, они вместе рождаются из вакуума и вместе исчезают. Наблюдаемый сейчас разогрев Вселенной будет продолжаться до тех пор, пока массы электрона и протона не сравняются. В этой точке — точке вырождения — никакого коллапса Вселенной не произойдёт, просто температура Вселенной после начала процесса её разогрева достигнет максимума. Возможно, люди (если к этому времени человечество сохранится) обратят внимание на некие явления, отмечающие смену знака в жизни Вселенной, — например, выбросы звёздной плазмы, изменение характеристик светимости галактик или что-то ещё — сейчас это можно только предполагать.
Затем начнётся процесс охлаждения Вселенной. Массы электрона и протона будут меняться в обратном направлении следующие 15 (а может, и более) млрд лет. И этот периодический процесс бесконечен во времени и в пространстве, так же как и бесконечна сама Вселенная. К сожалению, сакраментальный вопрос «А как же всё-таки началась Вселенная?» при таком сюжете течения событий просто не имеет смысла. Процесс эволюции означает лишь одно — жизнь вечна в бесконечном времени и в бесконечном пространстве.
И последнее. Сейчас высказываются предположения, что и наша Вселенная — лишь одна из бесконечного множества, образующего так называемую пространственно-временную пену. Наблюдаемое пространство — это наш родной «пузырь», внутри которого мы и существуем. И таких пузырей много, как, впрочем, много в астрофизике и всякого рода прочей экзотики. Как-то в 60-х годах прошедшего века Лев Ландау сказал: «Мощь современной науки такова, что сейчас мы можем понять даже то, чего не можем себе представить».
Во всяком случае, и сторонникам теории Большого взрыва, и её критикам окончательные выводы делать преждевременно. Нужны дальнейшие исследования.
***
Постоянная Хаббла связывает расстояние до объекта, расположенного за пределами нашей Галактики, со скоростью его удаления. 80 лет назад Хаббл определил её величину как 500 км/с на 1 мегапарсек (Мпк). 1 Мпк = 3,1.1019 км, или 3,26 миллиона световых лет. За прошедшее время оценки существенно изменились, поскольку повысилась точность измерений. Сегодня, по расчётам астрофизиков, постоянная Хаббла составляет примерно 72 км/с на 1 Мпк. То есть удаление объекта от Млечного Пути на 1 Мпк увеличивает его скорость на 72 км/с.
***
Планковская длина — фундаментальная единица длины в созданной Максом Планком системе единиц, использующей фундаментальные константы: скорость света, постоянную Планка и гравитационную постоянную.
где
ћ — постоянная Планка;
G — гравитационная постоянная;
c — скорость света.
Источник: "Наука и жизнь"
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
вторник, 27 июля 2010 г.
ЗАГАДОЧНЫЕ ШАРИКИ В ДРЕВНИХ ЗЕМНЫХ СЛОЯХ
А.Ф.ГРАЧЁВ доктор геолого-минералогических наук, В.A.ЦЕЛЬМОВИЧ кандидат физико-математических наук, Институт физики Земли РАН (ИФЗ РАН), О.А.КОРЧАГИН кандидат геолого-минералогических наук, Геологический институт РАН (ГИН РАН)
На главную страницу
Темы дня:
• Сенсационное изобретение американских ученых, которое перевернет мировую экономику
• Конспирология природных сил
• Чернобыльская авария аукнулась серьезнее, чем считалось ранее
• Нейрофизиологи открыли "молекулу памяти"
• Найден текст древней декларации прав человека
• Ученые нашли бактериофагам и новое применение
• Ученые нашли связь между продолжительностью жизни и чертами характера человека
begun Дать объявление
Делай деньги на Форекс.
Минимальные вложения - быстрый результат! Бонусы новичкам.
www.fxclub.com • Европа
Все объявления
Рис. 1. Монолит из разреза Гамс 1, подготовленный для отбора образцов. Латинскими буквами обозначены слои разного возраста. Переходный слой глины между меловым и палеогеновым периодами (возраст около 65 млн. лет), в котором найдено скопление металлических микросфер и пластин отмечен буквой «J». Фото А.Ф. Грачёва
В течение 2003–2008гг. группа российских и австрийских ученых при участии Хайнца Кольманна, известного палеонтолога, куратора Национального парка «Айзенвурцен», проводила изучение катастрофы, случившейся 65 млн. лет назад, когда на Земле вымерло более 75% всех организмов, в том числе и динозавры. Большинство исследователей считают, что вымирание было связано с падением астероида, хотя есть и другие точки зрения.
Следы этой катастрофы в геологических разрезах представлены тонким слоем черных глин мощностью от 1 до 5 см. Один из таких разрезов находится в Австрии, в Восточных Альпах, в Национальном парке недалеко от маленького городка Гамс, расположенного в 200 км к юго-западу от Вены. В результате изучения образцов из этого разреза c помощью сканирующего электронного микроскопа обнаружены необычные по форме и составу частицы, которые в наземных условиях не образуются и относятся к космической пыли.
Космическая пыль на Земле
Впервые следы космического вещества на Земле обнаружены в красных глубоководных глинах английской экспедицией, исследовавшей дно Мирового океана на судне «Челленджер» (1872–1876). Их описали Меррей и Ренард в 1891 г. На двух станциях в южной части Тихого океана при драгировании с глубины 4300 м были подняты образцы железомарганцевых конкреций и магнитных микросфер диаметром до 100 мкм, получивших впоследствии название «космические шарики». Однако детально микросферы железа, поднятые экспедицией на «Челленджере», были исследованы только в последние годы. Выяснилось, что шарики на 90% состоят из металлического железа, на 10% – из никеля, а их поверхность покрыта тонкой корочкой оксида железа.
С обнаружением загадочных шариков в глубоководных глинах, собственно, и связано начало изучения космического вещества на Земле. Однако взрыв интереса исследователей к этой проблеме произошел после первых запусков космических аппаратов, с помощью которых стало возможным отбирать лунный грунт и образцы пылевых частиц из разных участков Солнечной системы. Важное значение имели также работы К.П. Флоренского (1963), изучавшего следы Тунгусской катастрофы, и Е.Л. Кринова (1971), исследовавшего метеорную пыль на месте падения Сихотэ-Алиньского метеорита.
Интерес исследователей к металлическим микросферам привел к тому, что их стали обнаруживать в осадочных породах разного возраста и происхождения. Металлические микросферы найдены во льдах Антарктики и Гренландии, в глубоководных океанических осадках и марганцевых конкрециях, в песках пустынь и приморских пляжей. Часто встречаются они в метеоритных кратерах и рядом с ними.
В последнее десятилетие металлические микросферы внеземного происхождения находят в осадочных породах разного возраста: от нижнего кембрия (около 500 млн. лет назад) до современных образований.
Данные о микросферах и других частицах из древних отложений позволяют судить об объемах, а также о равномерности или неравномерности поступления космического вещества на Землю, об изменении состава поступавших на Землю частиц из космоса и о первоисточниках этого вещества. Это важно, поскольку эти процессы влияют на развитие жизни на Земле. Многие из этих вопросов еще далеки от разрешения, однако накопление данных и всестороннее их изучение, несомненно, позволит ответить на них.
Сейчас известно, что общая масса пыли, обращающейся внутри земной орбиты, порядка 1015 т. На поверхность Земли ежегодно выпадает от 4 до 10 тыс. т космического вещества. 95% падающего на поверхность Земли вещества составляют частицы размером 50–400 мкм. Вопрос же о том, как меняется во времени скорость поступления космического вещества на Землю, остается спорным до сих пор, несмотря на множество исследований, проведенных в последние 10 лет.
Исходя из размеров частиц космической пыли, в настоящее время выделяют собственно межпланетную космическую пыль размером менее 30 мкм и микрометеориты крупнее 50 мкм. Еще раньше Е.Л. Кринов предложил мельчайшие оплавленные с поверхности осколочки метеорного тела называть микрометеоритами.
Строгие критерии разграничения космической пыли и метеоритных частиц пока не разработаны, и даже на примере изученного нами разреза Гамс показано, что металлические частицы и микросферы разнообразнее по форме и составу, чем предусмотрено имеющимися классификациями. Практически идеальная сферическая форма, металлический блеск и магнитные свойства частиц рассматривались как доказательство их космического происхождения. По мнению геохимика Э.В. Соботовича, «единственным морфологическим критерием оценки космогенности исследуемого материала является наличие оплавленных шариков, в том числе магнитных». Однако помимо формы, крайне разнообразной, принципиально важен химический состав вещества. Исследователи выяснили, что наряду с микросферами космического происхождения существует огромное количество шариков иного генезиса – связанные с вулканической деятельностью, жизнедеятельностью бактерий или метаморфизмом. Известны данные о том, что железистые микросферы вулканогенного происхождения значительно реже бывают идеальной сферической формы и к тому же имеют повышенную примесь титана (Ti) (более 10%).
Российско-австрийская группа геологов и съемочная группа Венского телевидения на разрезе Гамс в Восточных Альпах. На переднем плане – А.Ф.Грачев
Происхождение космической пыли
Вопрос о происхождении космической пыли по-прежнему предмет дискуссии. Профессор Э.В. Соботович полагал, что космическая пыль может представлять собой остатки первоначального протопланетного облака, против чего в 1973 г. возражали Б.Ю. Левин и А.Н. Симоненко, считая, что мелкодисперсное вещество не могло долго сохраняться (Земля и Вселенная, 1980, № 6).
Существует и другое объяснение: образование космической пыли связано с разрушением астероидов и комет. Как отмечал Э.В. Соботович, если количество космической пыли, поступающей на Землю, не меняется во времени, то правы Б.Ю. Левин и А.Н. Симоненко.
Несмотря на большое число исследований, ответ на этот принципиальный вопрос в настоящее время не может быть дан, ибо количественных оценок очень мало, а их точность дискусcионна. В последнее время данные изотопных исследований по программе NASA частиц космической пыли, отобранных в стратосфере, позволяют предполагать существование частиц досолнечного происхождения. В составе этой пыли были обнаружены такие минералы, как алмаз, муассанит (карбид кремния) и корунд, которые по изотопам углерода и азота позволяют относить их образование ко времени до формирования Солнечной системы.
Важность изучения космической пыли в геологическом разрезе очевидна. В данной статье приведены первые результаты исследования космического вещества в переходном слое глин на границе мела и палеогена (65 млн. лет назад) из разреза Гамс, в Восточных Альпах (Австрия).
Общая характеристика разреза Гамс
Частицы космического происхождения получены из нескольких разрезов переходных слоев между мелом и палеогеном (в германоязычной литературе – граница К/Т), расположенных недалеко от альпийской деревни Гамс, где одноименная река в нескольких местах вскрывает эту границу.
В разрезе Гамс 1 из обнажения был вырезан монолит, в котором граница К/T выражена очень хорошо. Его высота – 46 см, ширина – 30 см в нижней части и 22 см – в верхней, толщина – 4 см. Для общего изучения разреза монолит был разделен через 2 см (снизу вверх) на слои, обозначенные буквами латинского алфавита (A, B,C…W), а в пределах каждого слоя также через 2 см проведена маркировка цифрами (1, 2, 3 и т.д.). Более детально изучался переходный слой J на границе К/T, где были выделены шесть субслоев мощностью около 3 мм.
Результаты исследований, полученные в разрезе Гамс 1, во многом повторены при изучении другого разреза – Гамс 2. В комплекс исследований входило изучение шлифов и мономинеральных фракций, их химический анализ, а также рентгено-флуоресцентный, нейтронно-активиационный и рентгено-структурный анализы, изотопный анализ гелия, углерода и кислорода, определение состава минералов на микрозонде, магнитоминералогический анализ.
Многообразие микрочастиц
Железные и никелевые микросферы из переходного слоя между мелом и палеогеном в разрезе Гамс: 1 – микросфера Fe с грубой сетчато-бугристой поверхностью (верхняя часть переходного слоя J); 2 – микросфера Fe с грубой продольно-параллельной поверхностью (нижняя часть переходного слоя J); 3 – микросфера Fe с элементами кристаллографической огранки и грубой ячеисто-сетчатой текстурой поверхности (слой M); 4 – микросфера Fe с тонкой сетчатой поверхностью (верхняя часть переходного слоя J); 5 – микросфера Ni с кристаллитами на поверхности (верхняя часть переходного слоя J); 6 – агрегат спекшихся микросфер Ni с кристаллитами на поверхности (верхняя часть переходного слоя J ); 7 – агрегат микросфер Ni с микроалмазами (С; верхняя часть переходного слоя J); 8, 9 – характерные формы металлических частиц из переходного слоя между мелом и палеогеном в разрезе Гамс в Восточных Альпах
В переходном слое глины между двумя геологическими границами – мелом и палеогеном, а также на двух уровнях в вышележащих отложениях палеоцена в разрезе Гамс найдено множество металлических частиц и микросфер космического происхождения. Они значительно разнообразнее по форме, текстуре поверхности и химическому составу, чем все известные до сих пор в переходных слоях глины этого возраста в других регионах мира.
В разрезе Гамс космическое вещество представлено мелкодисперсными частицами различной формы, среди которых наиболее распространенными являются магнитные микросферы размером от 0.7 до 100 мкм, состоящие на 98% из чистого железа. Такие частицы в виде шариков или микросферул в большом количестве встречены не только в слое J, но и выше, в глинах палеоцена (слои K и М).
Микросферы состоят из чистого железа или магнетита, некоторые из них имеют примеси хрома (Cr), сплава железа и никеля (аваруита), а также из чистого никеля (Ni). Некоторые частицы Fe-Ni содержат примесь молибдена (Mo). В переходном слое глины между мелом и палеогеном все они обнаружены впервые.
Никогда прежде не попадались и частицы с высоким содержанием никеля и значительной примесью молибдена, микросферы с наличием хрома и куски спиралевидного железа. Кроме металлических микросфер и частиц в переходном слое глины в Гамсе обнаружены Ni-шпинель, микроалмазы с микросферами чистого Ni, а также рваные пластины Au, Cu, которые не встречены в ниже- и вышележащих отложениях.
Характеристика микрочастиц
Металлические микросферы в разрезе Гамс присутствуют на трех стратиграфических уровнях: в переходном слое глины сосредоточены разнообразные по форме железистые частицы, в вышележащих мелкозернистых песчаниках слоя K, а третий уровень образуют алевролиты слоя M.
Некоторые сферы имеют гладкую поверхность, другие - сетчато-бугристую поверхность, третьи покрыты сеткой мелких полигональных или системой параллельных трещин, отходящих от одной магистральной трещины. Они бывают полыми, скорлуповидными, заполненными глинистым минералом, могут иметь и внутреннее концентрическое строение. Металлические частицы и микросферы Fe встречаются по всему переходному слою глины, но в основном сосредоточены на нижних и средних горизонтах.
Микрометеориты представляют собой оплавленные частицы чистого железа или железо-никелевого сплава Fe-Ni (аваруит); их размеры – от 5 до 20 мкм. Многочисленные частицы аваруита приурочены к верхнему уровню переходного слоя J, тогда как чисто железистые присутствуют в нижней и верхней частях переходного слоя.
Частицы в виде пластин с поперечно-бугристой поверхностью состоят только из железа, их ширина – 10–20 мкм, длина – до 150 мкм. Они слегка дугообразно изогнуты и встречаются в основании переходного слоя J. В его нижней части также встречены пластины Fe-Ni с примесью Mo.
Пластины из сплава железа и никеля имеют удлиненную форму, слегка изогнуты, с продольными бороздками на поверхности, размеры колеблются в длину от 70 до 150 мкм при ширине около 20 мкм. Чаще они встречаются в нижней и средней частях переходного слоя.
Железистые пластины с продольными бороздками по форме и размерам идентичны пластинам сплава Ni-Fe. Они приурочены к нижней и средней частям переходного слоя.
Особый интерес представляют частицы чистого железа, имеющие форму правильной спирали и изогнутые в виде крючка. В основном они состоят из чистого Fe, редко это сплав Fe-Ni-Mo. Частицы спиралевидного железа встречаются в верхней части переходного слоя J и в вышележащем прослое песчаника (слой K). Спиралевидная частица Fe-Ni-Mo найдена в основании переходного слоя J.
В верхней части переходного слоя J присутствовало несколько зерен микроалмазов, спекшихся с Ni-микросферами. Микрозондовые исследования никелевых шариков, проведенные на двух приборах (с волновыми и энергодисперсионными спектрометрами), показали, что эти шарики состоят из практически чистого никеля под тонкой пленкой окиси никеля. Поверхность всех никелевых шариков усеяна четкими кристаллитами с выраженными двойниками размером 1–2 мкм. Столь чистый никель в виде шариков с хорошо раскристаллизованной поверхностью не встречается ни в магматических породах, ни в метеоритах, где никель обязательно содержит значимое количество примесей.
При изучении монолита из разреза Гамс 1 шарики чистого Ni встречены только в самой верхней части переходного слоя J (в самой верхней его части – очень тонком осадочном слое J 6, толщина которого не превышает 200 мкм), а по данным термагнитного анализа металлический никель присутствует в переходном слое, начиная с субслоя J4. Здесь наряду с шариками Ni обнаружены и алмазы. В слое, снятом с кубика площадью 1 см2, количество найденных зерен алмаза исчисляется десятками (с размером от долей микронов до десятков микронов), а никелевых шариков таких же размеров – сотнями.
В образцах верхней части переходного слоя, взятых непосредственно из обнажения, были обнаружены алмазы с мелкими частицами никеля на поверхности зерна. Существенно, что при изучении образцов из этой части слоя J, выявлено также присутствие и минерала муассанита. Ранее микроалмазы были найдены в переходном слое на границе мела и палеогена в Мексике.
Находки в других районах
Микросферы Гамса с концентрическим внутренним строением аналогичны тем, что были добыты экспедицией «Челленджер» в глубоководных глинах Тихого океана.
Частицы железа неправильной формы с оплавленными краями, а также в виде спиралей и изогнутых крючков и пластин обладают большим сходством с продуктами разрушения падающих на Землю метеоритов, их можно рассматривать как метеоритное железо. К этой же категории могут быть отнесены частицы аваруита и чистого никеля.
Изогнутые железные частицы близки разнообразным формам слез Пеле – капель лавы (лапиллей), которые выбрасывают в жидком состоянии вулканы из жерла при извержениях.
Таким образом, переходный слой глины в Гамсе имеет гетерогенное строение и отчетливо подразделяется на две части. В нижней и средней частях преобладают частицы и микросферы железа, тогда как верхняя часть слоя обогащена никелем: частицами аваруита и микросферами никеля с алмазами. Это подтверждается не только распределением частиц железа и никеля в глине, но также данными химического и термомагнитного анализов.
Сравнение данных термомагнитного анализа и микрозондового анализа свидетельствует о чрезвычайной неоднородности в распределении никеля, железа и их сплава в пределах слоя J, однако по результатам термомагнитного анализа чистый никель фиксируется только, со слоя J4. Обращает на себя внимание и то, что спиралевидное железо встречается преимущественно в верхней части слоя J и продолжает встречаться в перекрывающем его слое K, где, однако, мало частиц Fe, Fe-Ni изометричной или пластинчатой формы.
Подчеркнем, что столь явная дифференциация по железу, никелю, иридию, проявленная в переходном слое глины в Гамсе, имеется и в других районах. Так, в американском штате Нью-Джерси в переходном (6 см) сферуловом слое иридиевая аномалия резко проявилась в его основании, а ударные минералы сосредоточены только в верхней (1 см) части этого слоя. На Гаити на границе мела и палеогена и в самой верхней части сферулового слоя отмечается резкое обогащение Ni и ударным кварцем.
Фоновое явление для Земли
Многие особенности найденных сферул Fe и Fe-Ni аналогичны шарикам, обнаруженным экспедицией «Челленджер» в глубоководных глинах Тихого океана, в районе Тунгусской катастрофы и местах падения Сихотэ-Алиньского метеорита и метеорита Нио в Японии, а также в осадочных горных породах разного возраста из многих районов мира. Кроме районов Тунгусской катастрофы и падения Сихотэ-Алиньского метеорита, во всех других случаях образование не только сферул, но и частиц различной морфологии, состоящих из чистого железа (иногда с содержанием хрома) и сплава никеля с железом, никакой связи с импактным событием не имеет. Мы рассматриваем появление таких частиц как результат падения на поверхность Земли космической межпланетной пыли – процесса, который непрерывно продолжается с момента образования Земли и представляет собой своего рода фоновое явление.
Многие частицы, изученные в разрезе Гамс близки по составу к валовому химическому составу метеоритного вещества в месте падения Сихотэ-Алиньского метеорита (по данным Е.Л. Кринова, это 93.29% железа, 5.94% никеля, 0.38% кобальта).
Присутствие молибдена в некоторых частицах не является неожиданным, поскольку его включают метеориты многих типов. Содержание молибдена в метеоритах (железных, каменных и углистых хондритах) находится в пределах от 6 до 7 г/т. Самым важным стала находка молибденита в метеорите Алленде в виде включения в сплаве металла следующего состава (вес.%): Fe – 31.1, Ni – 64.5, Co – 2.0, Cr – 0.3, V – 0.5, P – 0.1. Следует отметить, что самородный молибден и молибденит были обнаружены и в лунной пыли, отобранной автоматическими станциями «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24».
Впервые найденные шарики чистого никеля с хорошо раскристаллизованной поверхностью не известны ни в магматических породах, ни в метеоритах, где никель обязательно содержит значимое количество примесей. Такая структура поверхности никелевых шариков могла возникнуть в случае падения астероида (метеорита), которое привело к выделению энергии, позволившей не только расплавить материал упавшего тела, но и испарить его. Пары металла могли быть подняты взрывом на большую высоту (вероятно, на десятки километров), где и происходила кристаллизация.
Частицы, состоящие из аваруита (Ni3Fe), найдены вместе с металлическими шариками никеля. Они относятся к метеорной пыли, а оплавленные частицы железа (микрометеориты) следует рассматривать как «метеоритную пыль» (по терминологии Е.Л. Кринова). Кристаллы алмаза, встреченные вместе с шариками никеля, вероятно, возникли в результате абляции (плавления и испарения) метеорита из того же облака пара при его последующем охлаждении. Известно, что синтетические алмазы получают методом спонтанной кристаллизации из раствора углерода в расплаве металлов (Ni, Fe) выше линии фазового равновесия графит–алмаз в форме монокристаллов, их сростков, двойников, поликристаллических агрегатов, каркасных кристаллов, кристаллов игольчатой формы, неправильных зерен. Практически все из перечисленных типоморфных особенностей кристаллов алмаза были обнаружены в изученном образце.
Это позволяет сделать вывод о схожести процессов кристаллизации алмаза в облаке никель-углеродного пара при его охлаждении и спонтанной кристаллизации из раствора углерода в расплаве никеля в экспериментах. Однако окончательный вывод о природе алмаза можно будет сделать после детальных изотопных исследований, для чего необходимо получить достаточно большое количество вещества.
Таким образом, изучение космического вещества в переходном глинистом слое на границе мела и палеогена показало его присутствие во всех частях (от слоя J1 до слоя J6), но признаки импактного события фиксируются только со слоя J4, возраст которого 65 млн. лет. Этот слой космической пыли можно сопоставить со временем гибели динозавров.
Работа выполнена при поддержке программы «Взаимодействие плюма с литосферой» (№ 5) Отделения наук о Земле РАН и гранта Президента РФ для поддержки научных школ ЗШ-1901.2003.5.
Источник: "Земля и Вселенная", 2008, №5
Статью о журнале "Земля и Вселенная" можно прочитать здесь.
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
А.Ф.ГРАЧЁВ доктор геолого-минералогических наук, В.A.ЦЕЛЬМОВИЧ кандидат физико-математических наук, Институт физики Земли РАН (ИФЗ РАН), О.А.КОРЧАГИН кандидат геолого-минералогических наук, Геологический институт РАН (ГИН РАН)
На главную страницу
Темы дня:
• Сенсационное изобретение американских ученых, которое перевернет мировую экономику
• Конспирология природных сил
• Чернобыльская авария аукнулась серьезнее, чем считалось ранее
• Нейрофизиологи открыли "молекулу памяти"
• Найден текст древней декларации прав человека
• Ученые нашли бактериофагам и новое применение
• Ученые нашли связь между продолжительностью жизни и чертами характера человека
begun Дать объявление
Делай деньги на Форекс.
Минимальные вложения - быстрый результат! Бонусы новичкам.
www.fxclub.com • Европа
Все объявления
Рис. 1. Монолит из разреза Гамс 1, подготовленный для отбора образцов. Латинскими буквами обозначены слои разного возраста. Переходный слой глины между меловым и палеогеновым периодами (возраст около 65 млн. лет), в котором найдено скопление металлических микросфер и пластин отмечен буквой «J». Фото А.Ф. Грачёва
В течение 2003–2008гг. группа российских и австрийских ученых при участии Хайнца Кольманна, известного палеонтолога, куратора Национального парка «Айзенвурцен», проводила изучение катастрофы, случившейся 65 млн. лет назад, когда на Земле вымерло более 75% всех организмов, в том числе и динозавры. Большинство исследователей считают, что вымирание было связано с падением астероида, хотя есть и другие точки зрения.
Следы этой катастрофы в геологических разрезах представлены тонким слоем черных глин мощностью от 1 до 5 см. Один из таких разрезов находится в Австрии, в Восточных Альпах, в Национальном парке недалеко от маленького городка Гамс, расположенного в 200 км к юго-западу от Вены. В результате изучения образцов из этого разреза c помощью сканирующего электронного микроскопа обнаружены необычные по форме и составу частицы, которые в наземных условиях не образуются и относятся к космической пыли.
Космическая пыль на Земле
Впервые следы космического вещества на Земле обнаружены в красных глубоководных глинах английской экспедицией, исследовавшей дно Мирового океана на судне «Челленджер» (1872–1876). Их описали Меррей и Ренард в 1891 г. На двух станциях в южной части Тихого океана при драгировании с глубины 4300 м были подняты образцы железомарганцевых конкреций и магнитных микросфер диаметром до 100 мкм, получивших впоследствии название «космические шарики». Однако детально микросферы железа, поднятые экспедицией на «Челленджере», были исследованы только в последние годы. Выяснилось, что шарики на 90% состоят из металлического железа, на 10% – из никеля, а их поверхность покрыта тонкой корочкой оксида железа.
С обнаружением загадочных шариков в глубоководных глинах, собственно, и связано начало изучения космического вещества на Земле. Однако взрыв интереса исследователей к этой проблеме произошел после первых запусков космических аппаратов, с помощью которых стало возможным отбирать лунный грунт и образцы пылевых частиц из разных участков Солнечной системы. Важное значение имели также работы К.П. Флоренского (1963), изучавшего следы Тунгусской катастрофы, и Е.Л. Кринова (1971), исследовавшего метеорную пыль на месте падения Сихотэ-Алиньского метеорита.
Интерес исследователей к металлическим микросферам привел к тому, что их стали обнаруживать в осадочных породах разного возраста и происхождения. Металлические микросферы найдены во льдах Антарктики и Гренландии, в глубоководных океанических осадках и марганцевых конкрециях, в песках пустынь и приморских пляжей. Часто встречаются они в метеоритных кратерах и рядом с ними.
В последнее десятилетие металлические микросферы внеземного происхождения находят в осадочных породах разного возраста: от нижнего кембрия (около 500 млн. лет назад) до современных образований.
Данные о микросферах и других частицах из древних отложений позволяют судить об объемах, а также о равномерности или неравномерности поступления космического вещества на Землю, об изменении состава поступавших на Землю частиц из космоса и о первоисточниках этого вещества. Это важно, поскольку эти процессы влияют на развитие жизни на Земле. Многие из этих вопросов еще далеки от разрешения, однако накопление данных и всестороннее их изучение, несомненно, позволит ответить на них.
Сейчас известно, что общая масса пыли, обращающейся внутри земной орбиты, порядка 1015 т. На поверхность Земли ежегодно выпадает от 4 до 10 тыс. т космического вещества. 95% падающего на поверхность Земли вещества составляют частицы размером 50–400 мкм. Вопрос же о том, как меняется во времени скорость поступления космического вещества на Землю, остается спорным до сих пор, несмотря на множество исследований, проведенных в последние 10 лет.
Исходя из размеров частиц космической пыли, в настоящее время выделяют собственно межпланетную космическую пыль размером менее 30 мкм и микрометеориты крупнее 50 мкм. Еще раньше Е.Л. Кринов предложил мельчайшие оплавленные с поверхности осколочки метеорного тела называть микрометеоритами.
Строгие критерии разграничения космической пыли и метеоритных частиц пока не разработаны, и даже на примере изученного нами разреза Гамс показано, что металлические частицы и микросферы разнообразнее по форме и составу, чем предусмотрено имеющимися классификациями. Практически идеальная сферическая форма, металлический блеск и магнитные свойства частиц рассматривались как доказательство их космического происхождения. По мнению геохимика Э.В. Соботовича, «единственным морфологическим критерием оценки космогенности исследуемого материала является наличие оплавленных шариков, в том числе магнитных». Однако помимо формы, крайне разнообразной, принципиально важен химический состав вещества. Исследователи выяснили, что наряду с микросферами космического происхождения существует огромное количество шариков иного генезиса – связанные с вулканической деятельностью, жизнедеятельностью бактерий или метаморфизмом. Известны данные о том, что железистые микросферы вулканогенного происхождения значительно реже бывают идеальной сферической формы и к тому же имеют повышенную примесь титана (Ti) (более 10%).
Российско-австрийская группа геологов и съемочная группа Венского телевидения на разрезе Гамс в Восточных Альпах. На переднем плане – А.Ф.Грачев
Происхождение космической пыли
Вопрос о происхождении космической пыли по-прежнему предмет дискуссии. Профессор Э.В. Соботович полагал, что космическая пыль может представлять собой остатки первоначального протопланетного облака, против чего в 1973 г. возражали Б.Ю. Левин и А.Н. Симоненко, считая, что мелкодисперсное вещество не могло долго сохраняться (Земля и Вселенная, 1980, № 6).
Существует и другое объяснение: образование космической пыли связано с разрушением астероидов и комет. Как отмечал Э.В. Соботович, если количество космической пыли, поступающей на Землю, не меняется во времени, то правы Б.Ю. Левин и А.Н. Симоненко.
Несмотря на большое число исследований, ответ на этот принципиальный вопрос в настоящее время не может быть дан, ибо количественных оценок очень мало, а их точность дискусcионна. В последнее время данные изотопных исследований по программе NASA частиц космической пыли, отобранных в стратосфере, позволяют предполагать существование частиц досолнечного происхождения. В составе этой пыли были обнаружены такие минералы, как алмаз, муассанит (карбид кремния) и корунд, которые по изотопам углерода и азота позволяют относить их образование ко времени до формирования Солнечной системы.
Важность изучения космической пыли в геологическом разрезе очевидна. В данной статье приведены первые результаты исследования космического вещества в переходном слое глин на границе мела и палеогена (65 млн. лет назад) из разреза Гамс, в Восточных Альпах (Австрия).
Общая характеристика разреза Гамс
Частицы космического происхождения получены из нескольких разрезов переходных слоев между мелом и палеогеном (в германоязычной литературе – граница К/Т), расположенных недалеко от альпийской деревни Гамс, где одноименная река в нескольких местах вскрывает эту границу.
В разрезе Гамс 1 из обнажения был вырезан монолит, в котором граница К/T выражена очень хорошо. Его высота – 46 см, ширина – 30 см в нижней части и 22 см – в верхней, толщина – 4 см. Для общего изучения разреза монолит был разделен через 2 см (снизу вверх) на слои, обозначенные буквами латинского алфавита (A, B,C…W), а в пределах каждого слоя также через 2 см проведена маркировка цифрами (1, 2, 3 и т.д.). Более детально изучался переходный слой J на границе К/T, где были выделены шесть субслоев мощностью около 3 мм.
Результаты исследований, полученные в разрезе Гамс 1, во многом повторены при изучении другого разреза – Гамс 2. В комплекс исследований входило изучение шлифов и мономинеральных фракций, их химический анализ, а также рентгено-флуоресцентный, нейтронно-активиационный и рентгено-структурный анализы, изотопный анализ гелия, углерода и кислорода, определение состава минералов на микрозонде, магнитоминералогический анализ.
Многообразие микрочастиц
Железные и никелевые микросферы из переходного слоя между мелом и палеогеном в разрезе Гамс: 1 – микросфера Fe с грубой сетчато-бугристой поверхностью (верхняя часть переходного слоя J); 2 – микросфера Fe с грубой продольно-параллельной поверхностью (нижняя часть переходного слоя J); 3 – микросфера Fe с элементами кристаллографической огранки и грубой ячеисто-сетчатой текстурой поверхности (слой M); 4 – микросфера Fe с тонкой сетчатой поверхностью (верхняя часть переходного слоя J); 5 – микросфера Ni с кристаллитами на поверхности (верхняя часть переходного слоя J); 6 – агрегат спекшихся микросфер Ni с кристаллитами на поверхности (верхняя часть переходного слоя J ); 7 – агрегат микросфер Ni с микроалмазами (С; верхняя часть переходного слоя J); 8, 9 – характерные формы металлических частиц из переходного слоя между мелом и палеогеном в разрезе Гамс в Восточных Альпах
В переходном слое глины между двумя геологическими границами – мелом и палеогеном, а также на двух уровнях в вышележащих отложениях палеоцена в разрезе Гамс найдено множество металлических частиц и микросфер космического происхождения. Они значительно разнообразнее по форме, текстуре поверхности и химическому составу, чем все известные до сих пор в переходных слоях глины этого возраста в других регионах мира.
В разрезе Гамс космическое вещество представлено мелкодисперсными частицами различной формы, среди которых наиболее распространенными являются магнитные микросферы размером от 0.7 до 100 мкм, состоящие на 98% из чистого железа. Такие частицы в виде шариков или микросферул в большом количестве встречены не только в слое J, но и выше, в глинах палеоцена (слои K и М).
Микросферы состоят из чистого железа или магнетита, некоторые из них имеют примеси хрома (Cr), сплава железа и никеля (аваруита), а также из чистого никеля (Ni). Некоторые частицы Fe-Ni содержат примесь молибдена (Mo). В переходном слое глины между мелом и палеогеном все они обнаружены впервые.
Никогда прежде не попадались и частицы с высоким содержанием никеля и значительной примесью молибдена, микросферы с наличием хрома и куски спиралевидного железа. Кроме металлических микросфер и частиц в переходном слое глины в Гамсе обнаружены Ni-шпинель, микроалмазы с микросферами чистого Ni, а также рваные пластины Au, Cu, которые не встречены в ниже- и вышележащих отложениях.
Характеристика микрочастиц
Металлические микросферы в разрезе Гамс присутствуют на трех стратиграфических уровнях: в переходном слое глины сосредоточены разнообразные по форме железистые частицы, в вышележащих мелкозернистых песчаниках слоя K, а третий уровень образуют алевролиты слоя M.
Некоторые сферы имеют гладкую поверхность, другие - сетчато-бугристую поверхность, третьи покрыты сеткой мелких полигональных или системой параллельных трещин, отходящих от одной магистральной трещины. Они бывают полыми, скорлуповидными, заполненными глинистым минералом, могут иметь и внутреннее концентрическое строение. Металлические частицы и микросферы Fe встречаются по всему переходному слою глины, но в основном сосредоточены на нижних и средних горизонтах.
Микрометеориты представляют собой оплавленные частицы чистого железа или железо-никелевого сплава Fe-Ni (аваруит); их размеры – от 5 до 20 мкм. Многочисленные частицы аваруита приурочены к верхнему уровню переходного слоя J, тогда как чисто железистые присутствуют в нижней и верхней частях переходного слоя.
Частицы в виде пластин с поперечно-бугристой поверхностью состоят только из железа, их ширина – 10–20 мкм, длина – до 150 мкм. Они слегка дугообразно изогнуты и встречаются в основании переходного слоя J. В его нижней части также встречены пластины Fe-Ni с примесью Mo.
Пластины из сплава железа и никеля имеют удлиненную форму, слегка изогнуты, с продольными бороздками на поверхности, размеры колеблются в длину от 70 до 150 мкм при ширине около 20 мкм. Чаще они встречаются в нижней и средней частях переходного слоя.
Железистые пластины с продольными бороздками по форме и размерам идентичны пластинам сплава Ni-Fe. Они приурочены к нижней и средней частям переходного слоя.
Особый интерес представляют частицы чистого железа, имеющие форму правильной спирали и изогнутые в виде крючка. В основном они состоят из чистого Fe, редко это сплав Fe-Ni-Mo. Частицы спиралевидного железа встречаются в верхней части переходного слоя J и в вышележащем прослое песчаника (слой K). Спиралевидная частица Fe-Ni-Mo найдена в основании переходного слоя J.
В верхней части переходного слоя J присутствовало несколько зерен микроалмазов, спекшихся с Ni-микросферами. Микрозондовые исследования никелевых шариков, проведенные на двух приборах (с волновыми и энергодисперсионными спектрометрами), показали, что эти шарики состоят из практически чистого никеля под тонкой пленкой окиси никеля. Поверхность всех никелевых шариков усеяна четкими кристаллитами с выраженными двойниками размером 1–2 мкм. Столь чистый никель в виде шариков с хорошо раскристаллизованной поверхностью не встречается ни в магматических породах, ни в метеоритах, где никель обязательно содержит значимое количество примесей.
При изучении монолита из разреза Гамс 1 шарики чистого Ni встречены только в самой верхней части переходного слоя J (в самой верхней его части – очень тонком осадочном слое J 6, толщина которого не превышает 200 мкм), а по данным термагнитного анализа металлический никель присутствует в переходном слое, начиная с субслоя J4. Здесь наряду с шариками Ni обнаружены и алмазы. В слое, снятом с кубика площадью 1 см2, количество найденных зерен алмаза исчисляется десятками (с размером от долей микронов до десятков микронов), а никелевых шариков таких же размеров – сотнями.
В образцах верхней части переходного слоя, взятых непосредственно из обнажения, были обнаружены алмазы с мелкими частицами никеля на поверхности зерна. Существенно, что при изучении образцов из этой части слоя J, выявлено также присутствие и минерала муассанита. Ранее микроалмазы были найдены в переходном слое на границе мела и палеогена в Мексике.
Находки в других районах
Микросферы Гамса с концентрическим внутренним строением аналогичны тем, что были добыты экспедицией «Челленджер» в глубоководных глинах Тихого океана.
Частицы железа неправильной формы с оплавленными краями, а также в виде спиралей и изогнутых крючков и пластин обладают большим сходством с продуктами разрушения падающих на Землю метеоритов, их можно рассматривать как метеоритное железо. К этой же категории могут быть отнесены частицы аваруита и чистого никеля.
Изогнутые железные частицы близки разнообразным формам слез Пеле – капель лавы (лапиллей), которые выбрасывают в жидком состоянии вулканы из жерла при извержениях.
Таким образом, переходный слой глины в Гамсе имеет гетерогенное строение и отчетливо подразделяется на две части. В нижней и средней частях преобладают частицы и микросферы железа, тогда как верхняя часть слоя обогащена никелем: частицами аваруита и микросферами никеля с алмазами. Это подтверждается не только распределением частиц железа и никеля в глине, но также данными химического и термомагнитного анализов.
Сравнение данных термомагнитного анализа и микрозондового анализа свидетельствует о чрезвычайной неоднородности в распределении никеля, железа и их сплава в пределах слоя J, однако по результатам термомагнитного анализа чистый никель фиксируется только, со слоя J4. Обращает на себя внимание и то, что спиралевидное железо встречается преимущественно в верхней части слоя J и продолжает встречаться в перекрывающем его слое K, где, однако, мало частиц Fe, Fe-Ni изометричной или пластинчатой формы.
Подчеркнем, что столь явная дифференциация по железу, никелю, иридию, проявленная в переходном слое глины в Гамсе, имеется и в других районах. Так, в американском штате Нью-Джерси в переходном (6 см) сферуловом слое иридиевая аномалия резко проявилась в его основании, а ударные минералы сосредоточены только в верхней (1 см) части этого слоя. На Гаити на границе мела и палеогена и в самой верхней части сферулового слоя отмечается резкое обогащение Ni и ударным кварцем.
Фоновое явление для Земли
Многие особенности найденных сферул Fe и Fe-Ni аналогичны шарикам, обнаруженным экспедицией «Челленджер» в глубоководных глинах Тихого океана, в районе Тунгусской катастрофы и местах падения Сихотэ-Алиньского метеорита и метеорита Нио в Японии, а также в осадочных горных породах разного возраста из многих районов мира. Кроме районов Тунгусской катастрофы и падения Сихотэ-Алиньского метеорита, во всех других случаях образование не только сферул, но и частиц различной морфологии, состоящих из чистого железа (иногда с содержанием хрома) и сплава никеля с железом, никакой связи с импактным событием не имеет. Мы рассматриваем появление таких частиц как результат падения на поверхность Земли космической межпланетной пыли – процесса, который непрерывно продолжается с момента образования Земли и представляет собой своего рода фоновое явление.
Многие частицы, изученные в разрезе Гамс близки по составу к валовому химическому составу метеоритного вещества в месте падения Сихотэ-Алиньского метеорита (по данным Е.Л. Кринова, это 93.29% железа, 5.94% никеля, 0.38% кобальта).
Присутствие молибдена в некоторых частицах не является неожиданным, поскольку его включают метеориты многих типов. Содержание молибдена в метеоритах (железных, каменных и углистых хондритах) находится в пределах от 6 до 7 г/т. Самым важным стала находка молибденита в метеорите Алленде в виде включения в сплаве металла следующего состава (вес.%): Fe – 31.1, Ni – 64.5, Co – 2.0, Cr – 0.3, V – 0.5, P – 0.1. Следует отметить, что самородный молибден и молибденит были обнаружены и в лунной пыли, отобранной автоматическими станциями «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24».
Впервые найденные шарики чистого никеля с хорошо раскристаллизованной поверхностью не известны ни в магматических породах, ни в метеоритах, где никель обязательно содержит значимое количество примесей. Такая структура поверхности никелевых шариков могла возникнуть в случае падения астероида (метеорита), которое привело к выделению энергии, позволившей не только расплавить материал упавшего тела, но и испарить его. Пары металла могли быть подняты взрывом на большую высоту (вероятно, на десятки километров), где и происходила кристаллизация.
Частицы, состоящие из аваруита (Ni3Fe), найдены вместе с металлическими шариками никеля. Они относятся к метеорной пыли, а оплавленные частицы железа (микрометеориты) следует рассматривать как «метеоритную пыль» (по терминологии Е.Л. Кринова). Кристаллы алмаза, встреченные вместе с шариками никеля, вероятно, возникли в результате абляции (плавления и испарения) метеорита из того же облака пара при его последующем охлаждении. Известно, что синтетические алмазы получают методом спонтанной кристаллизации из раствора углерода в расплаве металлов (Ni, Fe) выше линии фазового равновесия графит–алмаз в форме монокристаллов, их сростков, двойников, поликристаллических агрегатов, каркасных кристаллов, кристаллов игольчатой формы, неправильных зерен. Практически все из перечисленных типоморфных особенностей кристаллов алмаза были обнаружены в изученном образце.
Это позволяет сделать вывод о схожести процессов кристаллизации алмаза в облаке никель-углеродного пара при его охлаждении и спонтанной кристаллизации из раствора углерода в расплаве никеля в экспериментах. Однако окончательный вывод о природе алмаза можно будет сделать после детальных изотопных исследований, для чего необходимо получить достаточно большое количество вещества.
Таким образом, изучение космического вещества в переходном глинистом слое на границе мела и палеогена показало его присутствие во всех частях (от слоя J1 до слоя J6), но признаки импактного события фиксируются только со слоя J4, возраст которого 65 млн. лет. Этот слой космической пыли можно сопоставить со временем гибели динозавров.
Работа выполнена при поддержке программы «Взаимодействие плюма с литосферой» (№ 5) Отделения наук о Земле РАН и гранта Президента РФ для поддержки научных школ ЗШ-1901.2003.5.
Источник: "Земля и Вселенная", 2008, №5
Статью о журнале "Земля и Вселенная" можно прочитать здесь.
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
ТЕМНЫЙ ПОТОК ВСЕЛЕННОЙ
На главную страницу
О подтверждении этого загадочного феномена, уже названного "темным потоком", заявил астрофизик из расположенного в Гринбелете (штат Мэриленд, США) Центра космических полетов имени Годдарда Александр Кашлинский.
Александр Кашлинский был первым, кто в прошлом году вместе с коллегами открыл "темный поток", изучая движение примерно 800 скоплений галактик. Теперь астрофизики проанализировали характер перемещения 1400 скоплений галактик и подтверждают существование феномена их «полета» со скоростью около 1 тыс. км в час. Эти скопления – часть потока, который растянулся приблизительно на 3 млрд. световых лет.
"Темный поток" предположительно возник вскоре после Большого взрыва под воздействием какой-то силы, которая приложена из-за горизонта событий, то есть, вне пределов наблюдаемой Вселенной. Причем это нечто уже не оказывает никакого влияния на сегодняшние события, поскольку воздействие из-за этого горизонта означало бы перемещение со скоростью, превышающей световую, что противоречит положениям теории относительности Эйнштейна.
Одно из возможных объяснений открытого явления предполагает, что причина потока – притяжение огромного скопления материи. Однако ученые считают это крайне маловероятным, поскольку в стандартной картине Большого взрыва все огромные космические структуры образовались из "семян" случайных квантовых флуктуаций, из чего следует, что вещество во Вселенной должно быть распределено равномерно.
Вместе с тем, Лаура Мерсини-Хоутон из Университета штата Северная Каролина (США) выдвигает еще более сенсационное объяснение.
С ее точки зрения, "темный поток" – признак присутствия другой вселенной, соседствующей с нашей. Если крохотный фрагмент вакуума когда-то мгновенно раздулся и стал нашей Вселенной, и при этом был квантово связан с другими фрагментами вакуума – другими вселенными – то они могут воздействовать сейчас из-за нынешнего горизонта событий.
Пока эти объяснения и даже само существование "темного потока" единогласного признания не получили, и вокруг них идут горячие научные дискуссии.
источник: Журнал "Наука и Жизнь"
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
На главную страницу
О подтверждении этого загадочного феномена, уже названного "темным потоком", заявил астрофизик из расположенного в Гринбелете (штат Мэриленд, США) Центра космических полетов имени Годдарда Александр Кашлинский.
Александр Кашлинский был первым, кто в прошлом году вместе с коллегами открыл "темный поток", изучая движение примерно 800 скоплений галактик. Теперь астрофизики проанализировали характер перемещения 1400 скоплений галактик и подтверждают существование феномена их «полета» со скоростью около 1 тыс. км в час. Эти скопления – часть потока, который растянулся приблизительно на 3 млрд. световых лет.
"Темный поток" предположительно возник вскоре после Большого взрыва под воздействием какой-то силы, которая приложена из-за горизонта событий, то есть, вне пределов наблюдаемой Вселенной. Причем это нечто уже не оказывает никакого влияния на сегодняшние события, поскольку воздействие из-за этого горизонта означало бы перемещение со скоростью, превышающей световую, что противоречит положениям теории относительности Эйнштейна.
Одно из возможных объяснений открытого явления предполагает, что причина потока – притяжение огромного скопления материи. Однако ученые считают это крайне маловероятным, поскольку в стандартной картине Большого взрыва все огромные космические структуры образовались из "семян" случайных квантовых флуктуаций, из чего следует, что вещество во Вселенной должно быть распределено равномерно.
Вместе с тем, Лаура Мерсини-Хоутон из Университета штата Северная Каролина (США) выдвигает еще более сенсационное объяснение.
С ее точки зрения, "темный поток" – признак присутствия другой вселенной, соседствующей с нашей. Если крохотный фрагмент вакуума когда-то мгновенно раздулся и стал нашей Вселенной, и при этом был квантово связан с другими фрагментами вакуума – другими вселенными – то они могут воздействовать сейчас из-за нынешнего горизонта событий.
Пока эти объяснения и даже само существование "темного потока" единогласного признания не получили, и вокруг них идут горячие научные дискуссии.
источник: Журнал "Наука и Жизнь"
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
СЕКРЕТЫ ЗЕМЛИ
Игорь ХАРИЧЕВ
На главную страницу
Темы дня:
• Каменные головы ольмеков: загадки погибшей цивилизации
• Марсианский зонд продолжает удивлять землян (фото)
• Доктор биологических наук Виген Геодакян: "Мужчины и женщины подразделяются еще на несколько "дробных" полов"
• Ученые нашли останки гигантского чудовища
• Взлетные полосы инопланетян свое уже отслужили: археологи окончательно разрешили тайну пустыни Наска
• Живой организм размером с планету: готовится самый масштабный проект за всю историю космонавтики
• Тайна Туринской плащаницы раскрыта?
begun Дать объявление
Лучшие туры в Австрию
Туры и путевки в Австрию. Вена, Зальцбург, экскурсии по городам Европы
www.votpusk.ru
Все объявления
Казалось бы, Земля – самая исследованная планета во Вселенной. Потому, что мы давно живем на ней и давно изучаем ее. Так что никаких тайн у нее не осталось. Но это неверно. У Земли еще очень много секретов, которые она успешно скрывает от нас. И ученым есть, что исследовать, в особенности, если взглянуть на нее как бы со стороны, из космоса. В конце концов Земля – одна из планет Солнечной системы, а не только поверхность под нашими ногами…
Как устроено ядро Земли?
Берье Йоханссон и его коллеги из Университета Уппсалы и Королевского института технологий в Стокгольме получили косвенное подтверждение своей оригинальной теории строения ядра Земли. По мнению шведских ученых, твердое железное ядро нашей планеты обладает кристаллической структурой с объемноцентрированной кубической решеткой. В каждой ячейке такой решетки атомы расположены по углам куба и еще один атом – в его центре. До сих пор предполагалось, что кристаллическая решетка ядра Земли обладает гексагональной структурой, в которой три соседние точки формируют равносторонний треугольник.
Шведские исследователи нашли объяснение загадочному феномену: упругие волны проходят через ядро заметно быстрее в направлениях, параллельных оси вращения планеты, нежели в направлениях, параллельных экватору. При температуре и давлении, которые царят в сердцевине Земли, по существующим представлениям о поведении железа такой анизотропии быть не должно.
В 2003 году профессор Йоханссон и его коллеги опубликовали работу, в которой объясняли, как анизотропия ядра связана с его структурой. Теперь они составили компьютерную модель, показавшую поведение ядра при разном его кристаллическом строении. С помощью компьютера вычислялась реакция на упругие волны нескольких миллионов атомов, сильно взаимодействующих друг с другом, что достаточно много для обобщения результатов численного эксперимента на все ядро.
Йоханссону и его коллегам удалось обнаружить, что объемноцентрированная кубическая решетка из атомов железа является единственной структурой, которая может соответствовать данным экспериментальных наблюдений. При этом, как подчеркивает Йоханссон, большая диагональ этой решетки ориентирована параллельно оси вращения планеты. Разница в скорости волн на 12% была также получена и в натурном моделировании земного ядра (высокое давление и температура) в установке с «алмазной наковальней». Это удивительный и неожиданный результат, учитывая симметрию кубической решетки.
Если открытие подтвердится, геофизикам придется пересмотреть представление о земном ядре, что повлечет за собой и пересмотр оценок теплового баланса ядра, и стабильности магнитного поля планеты, которые напрямую зависят от кристаллической структуры ядра.
У Земли есть пульс?
Норвежские сейсмологи предположили, что у Земли есть магматический «пульс», который бьется с частотой один удар в 15 миллионов лет. Ученые проанализировали существующие данные о толщине земной коры между Исландией и Гренландией. В этом районе пролегает Срединно-Атлантический хребет, отмечающий границу схождения тектонических плит. Для изучаемой зоны характерно образование плюмов – восходящих потоков в мантии размером в поперечнике порядка 100 километров. Вещество, поднимаемое плюмами, «ударяется» о земную кору и, «прилипая» к ней, увеличивает ее толщину.
Оценивая толщину коры в исследуемом районе, ученые обнаружили несколько утолщенных участков. Они предположили, что утолщения сформировались в результате периодически повторяющихся ударов плюмов, а затем утолщенные участки мигрировали вместе с тектоническими плитами. Согласно подсчетам авторов исследования, восходящие потоки в мантии появлялись приблизительно каждые 15 миллионов лет.
Чтобы понять, являются ли плюмы указанной периодичности уникальными для участка Исландия – Гренландия или это общая закономерность, ученые проанализировали данные о толщине коры в районе Гавайских островов. Гавайи также «сидят» на восходящих потоках. Оказалось, что там частота плюмов совпадает с гренландской. Ученые предположили, что найденная периодичность наблюдается по всей планете и объясняется периодическим нагревом ядра, которое, в свою очередь, нагревает мантию.
Правда, с выводами авторов работы согласны далеко не все их коллеги. Многие считают, что частота плюмов в разных частях планеты сходна, но не совпадает. Более точные измерения могут подтвердить или опровергнуть эту точку зрения.
Новый слой магнитосферы Земли?
Группа исследователей под руководством Чарльза Чапелла обнаружила в магнитосфере Земли неизвестный до настоящего момента слой – теплую плазменную оболочку. Открытие было сделано благодаря анализу данных, полученных от пяти спутников.
О наличии магнитосферы можно судить по движениям заряженных полярных частиц, которые ускоряются под действием магнитного поля. Наиболее вероятной причиной появления магнитного поля у нашей планеты является движение жидкой части ядра Земли.
За годы изучения магнитной оболочки Земли ученые получили представление о тех или иных ее частях. Авторы данного исследования сосредоточились на движении низкоэнергетических ионов, разгоняющихся до более высоких энергий в различных областях магнитосферы. Анализ показал, что в магнитосфере должен присутствовать отдельный слой, обладающий определенным набором свойств.
Этот небольшой слой формируется на ночной стороне Земли, продолжается на дневную сторону и постепенно исчезает. Его образуют заряженные частицы с низкой энергией, которые поднимаются от Земли в районе ее полюсов и «путешествуют» в магнитном хвосте планеты. В определенный момент из-за изгиба магнитного поля направление их движения меняется.
Изучение свойств магнитосферы Земли является весьма важной задачей, так как магнитное поле защищает обитателей планеты от пагубного воздействия космических частиц, например солнечного ветра, и изменения в этом «защитном щите» могут иметь необратимые последствия.
Что сжимает магнитосферу нашей планеты?
Европейским исследователям удалось определить масштабы «сжатия» магнитного поля Земли выбросами на Солнце. Выяснилось, что внешняя граница поля, располагающаяся над дневной стороной планеты на высоте около 60 тысяч километров, может снижаться до 25 тысяч километров.
Данные были собраны космическими аппаратами миссий Cluster и Double Star во время крупных выбросов массы нашим светилом, которые произошли в январе 2005 года и декабре 2006 года. Данные наблюдений показывают, что скорость потоков ионов в окрестности планеты в результате выбросов выросла более чем в два раза и достигла почти 900 километров в секунду. При этом общее количество заряженных частиц возросло почти в пять раз.
Известно, что выбросы массы на Солнце могут представлять значительную опасность для спутников и линий электропередачи на Земле. По словам исследователей, новые результаты позволяют оценить уровень опасности. В настоящее время ученые занимаются разработкой подходящей модели, которая могла бы количественно описать события, происходящие с магнитосферой Земли.
Миссия Cluster состоит из четырех одинаковых аппаратов, которые вращаются вокруг нашей планеты по эллиптической орбите. Спутники были запущены в 2000 году с космодрома Байконур, и совсем недавно Европейское космическое агентство продлило их работу. Миссия Double Star была частично завершена в 2007 году.
В настоящее время Солнце находится в аномально длительном периоде минимальной активности. Однако российской обсерватории ТЕСИС, расположенной на борту спутника «Коронас-ФОТОН», удалось зарегистрировать мощные выбросы материи на нашей звезде, которые произошли 17 и 23 апреля 2009 года. При этом потоки частиц, испущенные Солнцем, прошли мимо Земли. Ученые отмечают, что, учитывая периодичность происходящих вспышек, можно ожидать, что следующий выброс «попадет» в нашу планету.
Результаты этих исследований опубликованы в журналах Science, Marine Geophysical Research, Journal of Geophysical Research, а также в пресс!релизе Европейского космического агентства.
Источник: "Знание - Сила"
Игорь ХАРИЧЕВ
На главную страницу
Темы дня:
• Каменные головы ольмеков: загадки погибшей цивилизации
• Марсианский зонд продолжает удивлять землян (фото)
• Доктор биологических наук Виген Геодакян: "Мужчины и женщины подразделяются еще на несколько "дробных" полов"
• Ученые нашли останки гигантского чудовища
• Взлетные полосы инопланетян свое уже отслужили: археологи окончательно разрешили тайну пустыни Наска
• Живой организм размером с планету: готовится самый масштабный проект за всю историю космонавтики
• Тайна Туринской плащаницы раскрыта?
begun Дать объявление
Лучшие туры в Австрию
Туры и путевки в Австрию. Вена, Зальцбург, экскурсии по городам Европы
www.votpusk.ru
Все объявления
Казалось бы, Земля – самая исследованная планета во Вселенной. Потому, что мы давно живем на ней и давно изучаем ее. Так что никаких тайн у нее не осталось. Но это неверно. У Земли еще очень много секретов, которые она успешно скрывает от нас. И ученым есть, что исследовать, в особенности, если взглянуть на нее как бы со стороны, из космоса. В конце концов Земля – одна из планет Солнечной системы, а не только поверхность под нашими ногами…
Как устроено ядро Земли?
Берье Йоханссон и его коллеги из Университета Уппсалы и Королевского института технологий в Стокгольме получили косвенное подтверждение своей оригинальной теории строения ядра Земли. По мнению шведских ученых, твердое железное ядро нашей планеты обладает кристаллической структурой с объемноцентрированной кубической решеткой. В каждой ячейке такой решетки атомы расположены по углам куба и еще один атом – в его центре. До сих пор предполагалось, что кристаллическая решетка ядра Земли обладает гексагональной структурой, в которой три соседние точки формируют равносторонний треугольник.
Шведские исследователи нашли объяснение загадочному феномену: упругие волны проходят через ядро заметно быстрее в направлениях, параллельных оси вращения планеты, нежели в направлениях, параллельных экватору. При температуре и давлении, которые царят в сердцевине Земли, по существующим представлениям о поведении железа такой анизотропии быть не должно.
В 2003 году профессор Йоханссон и его коллеги опубликовали работу, в которой объясняли, как анизотропия ядра связана с его структурой. Теперь они составили компьютерную модель, показавшую поведение ядра при разном его кристаллическом строении. С помощью компьютера вычислялась реакция на упругие волны нескольких миллионов атомов, сильно взаимодействующих друг с другом, что достаточно много для обобщения результатов численного эксперимента на все ядро.
Йоханссону и его коллегам удалось обнаружить, что объемноцентрированная кубическая решетка из атомов железа является единственной структурой, которая может соответствовать данным экспериментальных наблюдений. При этом, как подчеркивает Йоханссон, большая диагональ этой решетки ориентирована параллельно оси вращения планеты. Разница в скорости волн на 12% была также получена и в натурном моделировании земного ядра (высокое давление и температура) в установке с «алмазной наковальней». Это удивительный и неожиданный результат, учитывая симметрию кубической решетки.
Если открытие подтвердится, геофизикам придется пересмотреть представление о земном ядре, что повлечет за собой и пересмотр оценок теплового баланса ядра, и стабильности магнитного поля планеты, которые напрямую зависят от кристаллической структуры ядра.
У Земли есть пульс?
Норвежские сейсмологи предположили, что у Земли есть магматический «пульс», который бьется с частотой один удар в 15 миллионов лет. Ученые проанализировали существующие данные о толщине земной коры между Исландией и Гренландией. В этом районе пролегает Срединно-Атлантический хребет, отмечающий границу схождения тектонических плит. Для изучаемой зоны характерно образование плюмов – восходящих потоков в мантии размером в поперечнике порядка 100 километров. Вещество, поднимаемое плюмами, «ударяется» о земную кору и, «прилипая» к ней, увеличивает ее толщину.
Оценивая толщину коры в исследуемом районе, ученые обнаружили несколько утолщенных участков. Они предположили, что утолщения сформировались в результате периодически повторяющихся ударов плюмов, а затем утолщенные участки мигрировали вместе с тектоническими плитами. Согласно подсчетам авторов исследования, восходящие потоки в мантии появлялись приблизительно каждые 15 миллионов лет.
Чтобы понять, являются ли плюмы указанной периодичности уникальными для участка Исландия – Гренландия или это общая закономерность, ученые проанализировали данные о толщине коры в районе Гавайских островов. Гавайи также «сидят» на восходящих потоках. Оказалось, что там частота плюмов совпадает с гренландской. Ученые предположили, что найденная периодичность наблюдается по всей планете и объясняется периодическим нагревом ядра, которое, в свою очередь, нагревает мантию.
Правда, с выводами авторов работы согласны далеко не все их коллеги. Многие считают, что частота плюмов в разных частях планеты сходна, но не совпадает. Более точные измерения могут подтвердить или опровергнуть эту точку зрения.
Новый слой магнитосферы Земли?
Группа исследователей под руководством Чарльза Чапелла обнаружила в магнитосфере Земли неизвестный до настоящего момента слой – теплую плазменную оболочку. Открытие было сделано благодаря анализу данных, полученных от пяти спутников.
О наличии магнитосферы можно судить по движениям заряженных полярных частиц, которые ускоряются под действием магнитного поля. Наиболее вероятной причиной появления магнитного поля у нашей планеты является движение жидкой части ядра Земли.
За годы изучения магнитной оболочки Земли ученые получили представление о тех или иных ее частях. Авторы данного исследования сосредоточились на движении низкоэнергетических ионов, разгоняющихся до более высоких энергий в различных областях магнитосферы. Анализ показал, что в магнитосфере должен присутствовать отдельный слой, обладающий определенным набором свойств.
Этот небольшой слой формируется на ночной стороне Земли, продолжается на дневную сторону и постепенно исчезает. Его образуют заряженные частицы с низкой энергией, которые поднимаются от Земли в районе ее полюсов и «путешествуют» в магнитном хвосте планеты. В определенный момент из-за изгиба магнитного поля направление их движения меняется.
Изучение свойств магнитосферы Земли является весьма важной задачей, так как магнитное поле защищает обитателей планеты от пагубного воздействия космических частиц, например солнечного ветра, и изменения в этом «защитном щите» могут иметь необратимые последствия.
Что сжимает магнитосферу нашей планеты?
Европейским исследователям удалось определить масштабы «сжатия» магнитного поля Земли выбросами на Солнце. Выяснилось, что внешняя граница поля, располагающаяся над дневной стороной планеты на высоте около 60 тысяч километров, может снижаться до 25 тысяч километров.
Данные были собраны космическими аппаратами миссий Cluster и Double Star во время крупных выбросов массы нашим светилом, которые произошли в январе 2005 года и декабре 2006 года. Данные наблюдений показывают, что скорость потоков ионов в окрестности планеты в результате выбросов выросла более чем в два раза и достигла почти 900 километров в секунду. При этом общее количество заряженных частиц возросло почти в пять раз.
Известно, что выбросы массы на Солнце могут представлять значительную опасность для спутников и линий электропередачи на Земле. По словам исследователей, новые результаты позволяют оценить уровень опасности. В настоящее время ученые занимаются разработкой подходящей модели, которая могла бы количественно описать события, происходящие с магнитосферой Земли.
Миссия Cluster состоит из четырех одинаковых аппаратов, которые вращаются вокруг нашей планеты по эллиптической орбите. Спутники были запущены в 2000 году с космодрома Байконур, и совсем недавно Европейское космическое агентство продлило их работу. Миссия Double Star была частично завершена в 2007 году.
В настоящее время Солнце находится в аномально длительном периоде минимальной активности. Однако российской обсерватории ТЕСИС, расположенной на борту спутника «Коронас-ФОТОН», удалось зарегистрировать мощные выбросы материи на нашей звезде, которые произошли 17 и 23 апреля 2009 года. При этом потоки частиц, испущенные Солнцем, прошли мимо Земли. Ученые отмечают, что, учитывая периодичность происходящих вспышек, можно ожидать, что следующий выброс «попадет» в нашу планету.
Результаты этих исследований опубликованы в журналах Science, Marine Geophysical Research, Journal of Geophysical Research, а также в пресс!релизе Европейского космического агентства.
Источник: "Знание - Сила"
ДАЛЬНЕЙШАЯ СУДЬБА ВСЕЛЕННОЙ: ВАЖНЕЙШЕЕ НАУЧНОЕ ОТКРЫТИЕ ВЕКА
Герман ПЕТЕЛИН
На главную страницу
Темы дня:
• Американские физики пришли к сенсационному заключению
• Одиссея мужской хромосомы: почему "научные" Адам и Ева не были знакомы
• Находка археологов заставляет усомниться в подлинности Туринской плащаницы
• Доктор биологических наук Виген Геодакян: "Мужчины и женщины подразделяются еще на несколько "дробных" полов"
• Молекулярная фабрика из добелкового мира
• Внешность способна раскрыть личные качества человека
• История расследования обстоятельств смерти фюрера
begun Дать объявление
MANGO - купить онлайн
Официальный интернет-магазин одежды Mango. Sale 50% на новую коллекцию!
boutique.ru
Все объявления
В агентстве РИА Новости в рамках проекта «Наука без границ» прошла публичная лекция главного астрофизика Центра космических полетов Годдард в NASA нобелевского лауреата профессора Джона Мазера.
Свет из прошлого
Свою научную карьеру я начал на экспериментальной ферме при университете Нью-Джерси. Мой отец изучал коров, стараясь понять, как получать больше молока хорошего качества. А я читал книги и по ночам смотрел в небо. Так я увлекся астрономией и стал изучать историю Вселенной и то, как были созданы условия для жизни на Земле. Теперь попытаюсь объяснить широкой публике, как астрономы по-своему рассказывают историю. Прежде всего — астрономы имеют способность смотреть назад в прошлое. Свет путешествует с большой скоростью, но пространство не имеет ограничений. И мы, астрономы, можем смотреть на разные расстояния в зависимости от того, как далеко мы заглядываем. Солнце мы видим таким, каким оно было 500 секунд назад, звезды мы видим 4 года назад, а самое большое расстояние — 15 миллиардов лет. Поэтому мы, в отличие от других ученых, имеем возможность смотреть в прошлое. Да, археологи тоже смотрят в прошлое — на старые камни. Историки читают старые книги. Но астрономы имеют возможность смотреть на миллионы и миллиарды лет назад. И надо сказать, что многие объекты сильно удаляются от нас.
Без конца и края
Создатель теории относительности Альберт Эйнштейн первоначально не верил в расширение Вселенной. Он говорил — этого не может быть! Но в 1929 году Хаббл доказал, что Вселенная расширяется, и Эйнштейну пришлось извиняться. Теперь мы знаем, что почти все галактики удаляются от нас со скоростью 1000 километров в секунду. Зная расстояние и скорость, мы можем измерить возраст Вселенной. Но мы не можем увидеть ни ее центра, ни ее края. Потому что живем в трехмерном пространстве и одном времени. А для того, чтобы посмотреть на Вселенную со стороны, нужно большее количество измерений, которое мы можем себе представить. Это звучит невероятно, но до момента Большого взрыва всю Вселенную можно было бы удержать в ладонях — ее размер не превышал десяти сантиметров. Потом с ней что-то произошло. Она стала настолько быстро расширяться, что даже свет не успевал за ней. И вот эта небольшая часть материи стала всей расширяющейся Вселенной, которую мы теперь наблюдаем.
Как зародилась жизнь
Солнце и Солнечная система образовались 4,6 млрд лет назад, это примерно составляет треть возраста Галактики. Мы можем об этом судить по микроскопическим частицам, которые получили с метеоритов. Затем небольшая планета, которую назвали Тиа, размером с Марс, врезалась в Землю, все на Земле расплавилось и такие элементы, как водород и другие, были выброшены в космос. Это произошло примерно через 90 млн лет после образования Солнечной системы. Потом Земля начала охлаждаться, и через 100 млн лет Юпитер и Сатурн поменялись местами, Земля подверглась бомбардировке много-численными кометами и метеорами, и водород и вода, видимо, именно тогда попали на Землю. Это было примерно 400-700 млн лет назад. А затем, как только условия стали наиболее благоприятными, температура снизилась, появилось достаточно воды и начала зарождаться жизнь. Первые человекообразные существа появились в Африке во время ледникового периода, когда Земля была сухой и большая ее часть находилась подо льдом. У меня нет времени рассказывать всю эту историю. Но я могу сделать прогноз, как будет развиваться Вселенная дальше.
Гибель Галактики
Где-то через миллиард лет Солнце может раскалиться до такой степени, что жизнь станет невозможной, а через 5 млрд лет Солнце увеличится настолько, что земная орбита может пересечься с Солнцем, и тогда Земля прекратит свое существование. Туманность Андромеды может столкнуться с Млечным путем. Это будет очень впечатляющее зрелище для астрономов. К сожалению, мы этого уже не увидим, но, может быть, какие-то другие астрономы на других планетах смогут наблюдать это захватывающее зрелище. Звезды выгорят, и наступит темнота. Но это теоретическое предположение. Есть и другие версии. Не исключена возможность того, что разбегание остановится и Вселенная опять соединится вместе, и это тоже будет общий космический коллапс. Впрочем, что случится наверняка, сказать трудно. Но перед астрономами стоит много и других загадок.
Темная материя
Первая загадка: почему существует материя и антиматерия? А раз так, то должны существовать и антигалактики. Второй вопрос: что такое темное вещество? Оно как раз отвечает за микроизменения в температурах излучения. И эта материя не взаимодействует с волнами. Мы смогли установить, что она имеет силу притяжения. Но ни одной частицы темного вещества еще не удалось получить в лаборатории. То же самое и с темной энергией. Мы знаем, что она существует, есть доказательства, но нет лабораторного подтверждения. По-прежнему актуален вопрос, был ли Эйнштейн прав в своей теории относительности? И может ли материя передвигаться со скоростью большей, чем скорость света. Но это скорее философский вопрос. Также философский вопрос — являемся ли мы единственными разумными существами во Вселенной. А если это так, то почему именно Земля стала местом обитания разумных существ и существуют ли другие такие места?
Будущие проекты
Возможно, к ответам на эти вопросы приблизит следующий проект, над которым я работаю. Называется он «Космический телескоп «Уэбб», запуск которого запланирован на 2014 год. В его конструкцию входят огромное зеркало диаметром 6,5 метра (диаметр зеркала «Хаббла» — 2,4 метра) и солнцезащитный щит размером с теннисный корт. Зеркало и щит из-за своих габаритов будут доставлены на ракету-носитель в сложенном виде, а затем раскроются после вывода телескопа в открытый космос. Основное различие между «Хабблом» и «Джеймсом Уэббом» заключается в диапазонах работы: приборы «Хаббла» собирают информацию в инфракрасных лучах, в видимом свете и в ультрафиолете, а «Джеймс Уэбб» будет работать преимущественно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные лучи способны проникать в пылевые облака и давать нам гораздо больше информации, чем мы имели раньше. Вполне возможно, что новые солнца формируются именно в таких пылевых облаках. Все это ведет к тому, что мы сможем наблюдать звезды, которые, на наш взгляд, обладают планетами вроде Земли.
Поиск жизни
Впрочем, есть и другие места, где можно искать признаки жизни. Многие считают, что жизнь существовала на Марсе и даже сейчас там сохранилась вода под поверхностью в форме льда. Есть еще места. Например Европа, спутник Юпитера, где находится океан, покрытый льдом. Конечно, это очень многообещающее и интересное место, где нужно искать признаки жизни. Как мы знаем, кислород на Земле является следствием жизни на Земле. Если мы найдем кислород в атмосфере других планет, то тогда, возможно, найдем и жизнь в том виде, какой ее знаем
на Земле.
Другие Вселенные
Между тем, возможно, существуют и другие вселенные. Но мы никогда не сможем это доказать. Только математики могут рассуждать на эту тему за нас. Мы не знаем всех законов природы, законов науки, физики, и каждое новое открытие — это зачастую замена одних, ставших привычными, принципов на другие, новые. Я не знаю, с чем мы столкнемся в будущем, но, думаю, у нас впереди еще многие века и миллионы лет на научные прозрения и открытия.
Справк а «РК»
Доктор Джон К. Мазер (John C. Mather) является главным астрофизиком Центра космических полетов Годдард в NASA (NASA Goddard Space Flight Center), расположенного в штате Мэриленд, а также адъюнкт-профессором по физике университета штата Мэриленд в Колледж Парке. Будучи участником постдокторальной программы Национального научно-исследовательского Института космических исследований Годдарда (Нью-Йорк Сити) он возглавлял проект разработки спутниковой программы по исследованию космического реликтового фона Cosmic Background Explorer (1974-1976), после чего вернулся в центр Годдарда для работы в качестве ученого-исследователя (1976-1988) и ученого по проектам (1988-1998), а также главного исследователя по работе на Дальнем инфракрасном абсолютном спектрофотометре (FIRAS) по программе Исследования космического реликтового фона (Cosmic Background Explorer (COBE)).
Он и его команда показали, что фоновая реликтовая микроволновая космическая радиация имеет спектр черных тел в диапазоне 50 миллионных долей, что позволило с необычайной точностью подтвердить теорию Большого взрыва. За эту работу доктор Мазер получил в 2006 году Нобелевскую премию по физике, разделив ее с Джорджем Смутом (George Smoot).
Источник: "Российский космос"
Герман ПЕТЕЛИН
На главную страницу
Темы дня:
• Американские физики пришли к сенсационному заключению
• Одиссея мужской хромосомы: почему "научные" Адам и Ева не были знакомы
• Находка археологов заставляет усомниться в подлинности Туринской плащаницы
• Доктор биологических наук Виген Геодакян: "Мужчины и женщины подразделяются еще на несколько "дробных" полов"
• Молекулярная фабрика из добелкового мира
• Внешность способна раскрыть личные качества человека
• История расследования обстоятельств смерти фюрера
begun Дать объявление
MANGO - купить онлайн
Официальный интернет-магазин одежды Mango. Sale 50% на новую коллекцию!
boutique.ru
Все объявления
В агентстве РИА Новости в рамках проекта «Наука без границ» прошла публичная лекция главного астрофизика Центра космических полетов Годдард в NASA нобелевского лауреата профессора Джона Мазера.
Свет из прошлого
Свою научную карьеру я начал на экспериментальной ферме при университете Нью-Джерси. Мой отец изучал коров, стараясь понять, как получать больше молока хорошего качества. А я читал книги и по ночам смотрел в небо. Так я увлекся астрономией и стал изучать историю Вселенной и то, как были созданы условия для жизни на Земле. Теперь попытаюсь объяснить широкой публике, как астрономы по-своему рассказывают историю. Прежде всего — астрономы имеют способность смотреть назад в прошлое. Свет путешествует с большой скоростью, но пространство не имеет ограничений. И мы, астрономы, можем смотреть на разные расстояния в зависимости от того, как далеко мы заглядываем. Солнце мы видим таким, каким оно было 500 секунд назад, звезды мы видим 4 года назад, а самое большое расстояние — 15 миллиардов лет. Поэтому мы, в отличие от других ученых, имеем возможность смотреть в прошлое. Да, археологи тоже смотрят в прошлое — на старые камни. Историки читают старые книги. Но астрономы имеют возможность смотреть на миллионы и миллиарды лет назад. И надо сказать, что многие объекты сильно удаляются от нас.
Без конца и края
Создатель теории относительности Альберт Эйнштейн первоначально не верил в расширение Вселенной. Он говорил — этого не может быть! Но в 1929 году Хаббл доказал, что Вселенная расширяется, и Эйнштейну пришлось извиняться. Теперь мы знаем, что почти все галактики удаляются от нас со скоростью 1000 километров в секунду. Зная расстояние и скорость, мы можем измерить возраст Вселенной. Но мы не можем увидеть ни ее центра, ни ее края. Потому что живем в трехмерном пространстве и одном времени. А для того, чтобы посмотреть на Вселенную со стороны, нужно большее количество измерений, которое мы можем себе представить. Это звучит невероятно, но до момента Большого взрыва всю Вселенную можно было бы удержать в ладонях — ее размер не превышал десяти сантиметров. Потом с ней что-то произошло. Она стала настолько быстро расширяться, что даже свет не успевал за ней. И вот эта небольшая часть материи стала всей расширяющейся Вселенной, которую мы теперь наблюдаем.
Как зародилась жизнь
Солнце и Солнечная система образовались 4,6 млрд лет назад, это примерно составляет треть возраста Галактики. Мы можем об этом судить по микроскопическим частицам, которые получили с метеоритов. Затем небольшая планета, которую назвали Тиа, размером с Марс, врезалась в Землю, все на Земле расплавилось и такие элементы, как водород и другие, были выброшены в космос. Это произошло примерно через 90 млн лет после образования Солнечной системы. Потом Земля начала охлаждаться, и через 100 млн лет Юпитер и Сатурн поменялись местами, Земля подверглась бомбардировке много-численными кометами и метеорами, и водород и вода, видимо, именно тогда попали на Землю. Это было примерно 400-700 млн лет назад. А затем, как только условия стали наиболее благоприятными, температура снизилась, появилось достаточно воды и начала зарождаться жизнь. Первые человекообразные существа появились в Африке во время ледникового периода, когда Земля была сухой и большая ее часть находилась подо льдом. У меня нет времени рассказывать всю эту историю. Но я могу сделать прогноз, как будет развиваться Вселенная дальше.
Гибель Галактики
Где-то через миллиард лет Солнце может раскалиться до такой степени, что жизнь станет невозможной, а через 5 млрд лет Солнце увеличится настолько, что земная орбита может пересечься с Солнцем, и тогда Земля прекратит свое существование. Туманность Андромеды может столкнуться с Млечным путем. Это будет очень впечатляющее зрелище для астрономов. К сожалению, мы этого уже не увидим, но, может быть, какие-то другие астрономы на других планетах смогут наблюдать это захватывающее зрелище. Звезды выгорят, и наступит темнота. Но это теоретическое предположение. Есть и другие версии. Не исключена возможность того, что разбегание остановится и Вселенная опять соединится вместе, и это тоже будет общий космический коллапс. Впрочем, что случится наверняка, сказать трудно. Но перед астрономами стоит много и других загадок.
Темная материя
Первая загадка: почему существует материя и антиматерия? А раз так, то должны существовать и антигалактики. Второй вопрос: что такое темное вещество? Оно как раз отвечает за микроизменения в температурах излучения. И эта материя не взаимодействует с волнами. Мы смогли установить, что она имеет силу притяжения. Но ни одной частицы темного вещества еще не удалось получить в лаборатории. То же самое и с темной энергией. Мы знаем, что она существует, есть доказательства, но нет лабораторного подтверждения. По-прежнему актуален вопрос, был ли Эйнштейн прав в своей теории относительности? И может ли материя передвигаться со скоростью большей, чем скорость света. Но это скорее философский вопрос. Также философский вопрос — являемся ли мы единственными разумными существами во Вселенной. А если это так, то почему именно Земля стала местом обитания разумных существ и существуют ли другие такие места?
Будущие проекты
Возможно, к ответам на эти вопросы приблизит следующий проект, над которым я работаю. Называется он «Космический телескоп «Уэбб», запуск которого запланирован на 2014 год. В его конструкцию входят огромное зеркало диаметром 6,5 метра (диаметр зеркала «Хаббла» — 2,4 метра) и солнцезащитный щит размером с теннисный корт. Зеркало и щит из-за своих габаритов будут доставлены на ракету-носитель в сложенном виде, а затем раскроются после вывода телескопа в открытый космос. Основное различие между «Хабблом» и «Джеймсом Уэббом» заключается в диапазонах работы: приборы «Хаббла» собирают информацию в инфракрасных лучах, в видимом свете и в ультрафиолете, а «Джеймс Уэбб» будет работать преимущественно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные лучи способны проникать в пылевые облака и давать нам гораздо больше информации, чем мы имели раньше. Вполне возможно, что новые солнца формируются именно в таких пылевых облаках. Все это ведет к тому, что мы сможем наблюдать звезды, которые, на наш взгляд, обладают планетами вроде Земли.
Поиск жизни
Впрочем, есть и другие места, где можно искать признаки жизни. Многие считают, что жизнь существовала на Марсе и даже сейчас там сохранилась вода под поверхностью в форме льда. Есть еще места. Например Европа, спутник Юпитера, где находится океан, покрытый льдом. Конечно, это очень многообещающее и интересное место, где нужно искать признаки жизни. Как мы знаем, кислород на Земле является следствием жизни на Земле. Если мы найдем кислород в атмосфере других планет, то тогда, возможно, найдем и жизнь в том виде, какой ее знаем
на Земле.
Другие Вселенные
Между тем, возможно, существуют и другие вселенные. Но мы никогда не сможем это доказать. Только математики могут рассуждать на эту тему за нас. Мы не знаем всех законов природы, законов науки, физики, и каждое новое открытие — это зачастую замена одних, ставших привычными, принципов на другие, новые. Я не знаю, с чем мы столкнемся в будущем, но, думаю, у нас впереди еще многие века и миллионы лет на научные прозрения и открытия.
Справк а «РК»
Доктор Джон К. Мазер (John C. Mather) является главным астрофизиком Центра космических полетов Годдард в NASA (NASA Goddard Space Flight Center), расположенного в штате Мэриленд, а также адъюнкт-профессором по физике университета штата Мэриленд в Колледж Парке. Будучи участником постдокторальной программы Национального научно-исследовательского Института космических исследований Годдарда (Нью-Йорк Сити) он возглавлял проект разработки спутниковой программы по исследованию космического реликтового фона Cosmic Background Explorer (1974-1976), после чего вернулся в центр Годдарда для работы в качестве ученого-исследователя (1976-1988) и ученого по проектам (1988-1998), а также главного исследователя по работе на Дальнем инфракрасном абсолютном спектрофотометре (FIRAS) по программе Исследования космического реликтового фона (Cosmic Background Explorer (COBE)).
Он и его команда показали, что фоновая реликтовая микроволновая космическая радиация имеет спектр черных тел в диапазоне 50 миллионных долей, что позволило с необычайной точностью подтвердить теорию Большого взрыва. За эту работу доктор Мазер получил в 2006 году Нобелевскую премию по физике, разделив ее с Джорджем Смутом (George Smoot).
Источник: "Российский космос"
КАКИЕ ТАЙНЫ СКРЫВАЕТ МИРОВОЙ ОКЕАН?
Ю.Н. ЕЛДЫШЕВ
На главную страницу
Темы дня:
• Туннель в гробнице фараона раскрыл все свои тайны
• Тайна навсегда: что произошло в районе реки Подкаменная Тунгуска
• Чем опасны солнцезащитные кремы?
• Анальгин: великий обманщик
• Российский "бог минералогии": вклад в науку
• Исследователи назвали основные факторы, влияющие на уровень IQ
• Медики объяснили, почему умирающие парят над собственным телом
begun Дать объявление
Всегда быть в курсе событий?
Только актуальные новости из мира политики. Подробнее …
www.gzt.ru
Все объявления
На Всемирном саммите ООН по устойчивому развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. было решено учредить Всемирный день океанов, в частности для того, чтобы помочь человечеству не забывать о том, что Мировой океан — колыбель жизни на Земле, почти 70% поверхности которой покрыто водой, а его ресурсы — важнейший фактор развития цивилизации. Не менее важна и его роль в формировании глобального климата и поглощении парниковых газов.
В прошлом году Всемирный день океанов (8 июня) впервые официально отмечался под эгидой ООН и прошел под девизом «Океаны — общая ответственность».
В России главной организацией, регламентирующей участие страны в международных проектах, связанных с океаном, выступает Межведомственная национальная океанографическая комиссия РФ. Она же представляет страну в Межправительственной океанографической комиссии ЮНЕСКО.
Всемирный день океанов - подходящий повод для краткого обзора некоторых свежих результатов исследований Мирового океана.
Как и почему менялся уровень океана
Прогнозируемый в обозримом будущем в связи с глобальным потеплением подъем уровня Мирового океана на 1—1,5 м — сущий пустяк по сравнению с колебаниями его уровня в прошлом, утверждают в появившейся в прошлом году в журнале «Science» статье австралийские и норвежские ученые, установившие, что 82 млн лет назад (в верхнем меловом периоде) уровень океана был на 170 м (!) выше, чем сейчас.
Любопытно, что, по мнению авторов, основная причина этих колебаний — изменения не столько объема воды, сколько уровня и рельефа дна океана. Образование и таяние льдов накладывало на них лишь небольшие (несколько метров, т. е. проценты) осцилляции. Даже стремительное таяние льдов в Северной Америке и прорыв вод из озера Агассиз в Мировой океан (около 8 тыс. лет назад ледовый покров одного из гигантских озер на месте современной Канады растаял и 100 тыс. км3 пресных вод попало в Атлантику) вряд ли могли привести к подъему его уровня выше, чем на 1 м.
Авторы статьи в своей работе сосредоточились на реконструкции изменений рельефа морского дна за последние 100 млн лет (в частности, из-за смещения литосферных плит). Конечно, за это время заметно изменились даже очертания материков, но все равно заключения авторов о том, что многие участки нынешней суши около 80 млн лет назад находились под водой — на глубинах от 50 до 240 м, — заставляют пересмотреть многие привычные представления.
Итак, по оценкам авторов, около 80 млн лет назад уровень моря был в среднем на 170 м выше, чем сейчас, так что под водой находились большая часть Северной Европы, огромные площади Южной Америки, восточное побережье Северной Америки и часть Австралии, а также многие прибрежные территории на всех континентах. Авторы заключили, что, если выявленные ими тенденции к сглаживанию дна океана сохранятся, то еще через 80 млн лет его уровень опустится больше чем на 70 м и очертания всех материков изменятся до неузнаваемости (возможно, Индонезия соединится с Юго-Восточной Азией), так что любые сценарии таяния льдов вряд ли смогут заметно повлиять на этот процесс.
Краткая история океанов
Современные и древние океаны отличаются прежде всего дном, т. е. рельефом, толщиной, строением и составом океанической коры.
Докембрийские:
Панталасс-0 (2,5-2,2 млрд лет назад) — суперокеан, возможно, возникший из кратера на месте падения гигантского метеорита; противостоял суперконтиненту Пангея-0 на противоположной стороне планеты.
Панталасс-1, или Мировия (1600-850 млн лет) -противостоял суперконтиненту Пангея-1 (Родиния).
Мозамбикский (850-600 млн лет) - разделял Западную и Восточную Гондвану.
Протопасифик (600-570 млн лет) — наследник Мировии и прообраз Тихого океана.
Образовался при слиянии Западной и Восточной Гондваны в единый континент.
Прототетис (850-570 млн лет) — прообраз Тетиса; образовался после распада Мировии и Родинии.
Протояпетус (850-570 млн лет) - прообраз Япету-са; образовался после распада Мировии и Родинии.
Палеоазиатский (850-320 млн лет) образовался после распада Мировии и Родинии, отделил Восточно-Европейскую платформу от Сибирской, а ту -от Таримской и Сино-Корейской.
Бореальский (850-240 млн лет) — прообраз современного Северного Ледовитого океана, иногда его рассматривают как северную часть Палеопасифика.
Палеозойские:
Палеопасифик (570-240 млн лет) — прообраз Тихого и наследник Протопасифика.
Япетус (570-420 млн лет) — прообраз Атлантического и наследник Протояпетуса.
Палеотетис (570-205 млн лет) — прообраз Тетиса и наследник Прототетиса.
Реикум (480-425 млн лет) - западная часть Палеотетиса, иногда выделяемая как отдельный океан.
Уральский (540-320 млн лет) - южная часть Палеоазиатского океана, иногда выделяемая как отдельный океан.
Монголо-Охотский (325-155 млн лет) — часть Палеоазиатского океана, выделившаяся в самостоятельный океан в среднем карбоне.
Туркестанский (540-320 млн лет) — часть Палеоазиатского океана, иногда выделяемая как отдельный океан или объединяемая с Уральским океаном.
Мезозойские:
Панталасс-2 (240-160 млн лет) - последний суперокеан, ставший прообразом Тихого и наследником Палеопасифика. После распада Пангеи-2 океан распался, а в кайнозойской эре образовался Тихий океан.
Тетис/Неотетис (280-60 млн лет) — в палеозое был частью Палеотетиса к востоку от Пангеи-2, а в мезозое стал отдельным океаном.
Что же касается изменения рельефа морского дна, то, как считают авторы, главным фактором, влияющим на этот процесс, стало возникновение и распространение новой океанической коры вдоль подводных горных массивов, называемых срединно-океаническими хребтами. А по мере удаления от срединно-океанических хребтов к тем участкам ложа океана, которые называются абиссальными равнинами, океаническая кора постепенно остывает и опускается. Сегодня океанические хребты лежат в среднем на глубине 2,5 км, а абиссальные равнины — на глубине около 6 км.
Как следовало из авторской реконструкции, общая «вместимость» океана зависела в основном от соотношения глубин залегания хребтов и равнин. А в конце мелового периода высокие хребты прорезали океаническое дно почти по всей его площади, так что в среднем оно было поднято намного выше, чем сегодня. В итоге авторы заключили, что хребты более молодого Атлантического океана продолжат расти и впредь, а дно Тихого, наоборот, будет «оседать» по мере их опускания, так что «вместимость» и объем Тихого океана со временем вырастут, а Атлантического — уменьшатся.
Донный парадокс
В другой статье, опубликованной в первом апрельском выпуске журнала «Science», ученые из Португалии и Франции попытались объяснить, почему дно океанов поднимается вместо ожидаемого его тектонического опускания, и заключили, что эта «аномалия», возможно, позволит выявить неизвестные ранее особенности движения мантии.
Авторы исходили из того, что, согласно общепризнанным моделям формирования океанического дна, его новые участки образуются преимущественно в окрестности срединных океанических хребтов, где «расходятся» тектонические плиты, переносимые потоками мантии. В результате «свежая» океаническая кора оказывается нагретой, благодаря чему обретает дополнительную «плавучесть» и возвышается над окружающим ландшафтом.
Эта модель подтверждается многими геологическими наблюдениями, но, как уже отмечалось, в ней «новые» участки дна по мере удаления от срединных океанических хребтов должны, остывая, терять «плавучесть» и все глубже погружаться в мантию. Иными словами, чем дальше от срединных океанических хребтов, тем больше должна быть глубина океана. В действительности же дно океана в самых старых и удаленных от срединных океанических хребтов участках оказывается «поднято» гораздо выше, чем должно было бы быть согласно упомянутой модели, и до последнего времени ученые не могли объяснить этот парадокс.
Одно из центральных противоречий, затрагивавшее основы океанологии и сохранявшееся на протяжении многих лет, сумели устранить Клаудия Адам из Университета Эворы (Португалия) и Валери Видаль из Лионского университета (Франция), которые, сопоставив данные о топографии дна 800 участков Атлантического океана с результатами математического моделирования с использованием упомянутых известных тектонических моделей, ввели в модели необходимые поправки, учитывающие новые представления о распределении потоков тепла в мантии (не только вдоль срединных хребтов, но и на большом удалении от них).
Физический механизм явления пока неясен, хотя авторы высказали предположение о том, что он может быть связан с пока неизвестными процессами конвекции в мантии, которые во многом определяют облик планеты.
Судьба кораллов и уловов
Но сегодня экспертов-экологов больше тревожит не само по себе изменение уровня Мирового океана(Подробнее об этом см., например: Елдышев Ю.Н. Океан проблем Мирового океана// Экология и жизнь, 2009, № 1, с. 48.), а конкретные изменения его отдельных экосистем. Так, эксперты WWF в начале этого года в очередной раз предупредили, что одной из наиболее уязвимых морских экосистем остаются уникальные коралловые рифы в Тихом океане, которым грозит опасность исчезновения из-за роста выбросов парниковых газов в атмосферу и соответствующего роста их поглощения водами Мирового океана, ведущего ко все большему его «закис-лению». По мнению экспертов, особую опасность выбросы СО2 представляют для «кораллового треугольника» — протянувшегося на тысячи километров района коралловых рифов, который сегодня находится под юрисдикцией Индонезии, Малайзии и Филиппин.
Наряду с лесами Амазонки «коралловый треугольник», площадь которого 7,5 млн км2 (более 1% площади земной поверхности) и который содержит треть всех коралловых рифов планеты (их тут более 700 видов), признан районом с наиболее богатым биоразнообразием — здесь обитают более 3 тыс. видов рыб и десятки видов млекопитающих.
Так вот, по заключению экспертов, более 40% коралловых рифов в этом уникальном районе уже погибли, а к концу века, если выбросы не сократятся, «треугольник» исчезнет, что, в свою очередь, повлияет, в частности, на популяцию тунца, который мечет икру в районе «кораллового треугольника». Это приведет к резкому сокращению рыболовного промысла в регионе, в результате чего миллионы людей окажутся на грани нищеты, а экономика, скажем, Индонезии может и вовсе рухнуть.
За последние 50 лет потребление рыбной продукции в мире удвоилось, а по прогнозам, через 25 лет возрастет еще вдвое. С 1970 г. общее число рыболовных судов в мире тоже удвоилось, а в Китае, к примеру, выросло в 6 раз всего за 30 лет. Сегодня Мировой океан бороздят около 3,5 млн подобных судов, и объемы вылова уже не позволяют морским ресурсам возобновляться. По оценкам экспертов, за те же полвека рыбные запасы океанов сократились на 80—90%. Почти уничтожены популяции тунца и меч-рыбы в Средиземном море и Северной Атлантике. Ежегодно в мире вылавливают около 10 млн акул, а их репродуктивный возраст наступает на 20-й год жизни, так что, по многим прогнозам, лет через 30—40 не останется и акул.
Флотилии главных рыболовецких стран год от года продолжают экспансию на юг — к берегам стран «третьего мира». Особенно привлекает их континентальный шельф Западной Африки. Оснащенные самым современным оборудованием рыбацкие суда «вычищают» здесь последние рыбные запасы, лишая население многих стран Африки едва ли не единственного источника животных белков. Практически иссякли запасы рыбы и у берегов Азии — например, в Таиландском заливе и Яванском море.
Поскольку запасы поверхностных вод Мирового океана уже исчерпаны, рыболовы начинают брать добычу со все больших глубин, что, по мнению ряда экспертов, сопряжено с немалыми рисками. Во-первых, до сих пор нет надлежащей оценки запасов глубоководных объектов промысла. Во-вторых, глубоководные животные изучены недостаточно, так что часто мы почти ничего не знаем об их репродуктивном цикле. Между тем есть веские основания полагать, что обитатели океанских глубин могут оказаться «долгожителями», в связи с чем многие из них входят в пору половой зрелости лишь к 50 годам, так что массовая добыча может быстро подорвать численность популяций, на восстановление которых уйдут долгие десятилетия.
Серьезные опасения вызывают и другие аспекты лова. К примеру, до сих пор во многих странах ловят все подряд и чем угодно. В результате значительная часть улова возвращается назад в море уже нежизнеспособной. Выловил сейнер, скажем, 5 т тунца и 1 т сельди, но селедку рыбакам не заказывали, поэтому они ее выбрасывают за борт, хотя отчетливо сознают, что большая часть ее уже не выживет. И наоборот: «специализирующиеся» на сельди избавляются от тунца. В целом за год таких «отходов» набирается около 27 млн т — это почти половина мирового потребления рыбопродуктов. А ведь нередко в сети попадают и другие морские животные, которых тоже выбрасывают за борт как ненужный балласт! По оценкам специалистов, ежегодно на рыбацких крючках обрывается жизнь около 10 тыс. альбатросов. В сети, установленные для лова одного-двух коммерчески важных видов, по всему миру попадают миллионы других животных (например, в тралах, неводах и сетях для вылова тунца гибнет множество морских млекопитающих). Тралы вообще физически уничтожают почти все, что попадается на пути: «утюжат» морское дно, срезают водоросли, разрушают коралловые рифы и практически любые биоценозы превращают в пустыню.
Океан как источник энергии
Впрочем, в последнее время все больший интерес океан представляет не только как источник пищи, но и как возможный источник энергии. Предложено множество способов извлечения этой энергии, включая самые экзотические. Так, недавно американские ученые предложили использовать для выработки энергии явление турбулентности, которое прежде считалось главным врагом судов и даже неподвижных сооружений, которые испытывают взаимодействие с вихревыми потоками жидкости.
Как известно из школьного курса физики, течение жидкостей может быть ламинарным, когда струи жидкости движутся прямо, или турбулентным, когда они завихряются. Первое, впрочем, существует в основном как теоретическая абстракция, а на практике любые течения характеризуются определенной хаотичностью, проявляющейся, в частности, в непредсказуемых завихрениях.
Управлять турбулентностью — дело непростое, поскольку уследить за завихрениями в каждой точке невозможно. Однако статистические описания этого процесса получены уже давно, и их пытаются использовать в конкретных приложениях.
Когда потоки морской воды огибают препятствия (скажем, опоры плавучих буровых платформ, трубопроводы или телекоммуникационные кабели), возникают многочисленные вихри-водовороты, которые постепенно «затухают», но их энергия частично расходуется на вибрацию упомянутых сооружений, постепенно их разрушая. Специалисты уже давно бьются над этой проблемой, разрабатывая разнообразные гасители колебаний.
Но недавно американские ученые из Университета Мичигана придумали, как превратить турбулентные движения из главного недостатка океана в важнейшее его достоинство — неиссякаемый источник энергии. Оказалось, что добиться этого можно, просто преобразуя в электричество механические колебания элементов установленных в потоке конструкций.
Для коммерциализации новой технологии выработки электроэнергии разработчики создали компанию «Уойех Нудго Energy», которая сегодня уже имеет таких серьезных партнеров, как, например, Министерство энергетики и Управление военно-морских исследований США. Дело в том, что, по оценкам экспертов из недавно созданной Национальной ассоциации по развитию морских возобновляемых источников энергии, только за счет океанских течений (т. е. в конечном итоге за счет турбулентности) можно удовлетворить до 10% ежегодной потребности США в электроэнергии (а это около четверти мировых нужд). Уже сегодня подобные «подводные» технологии признаны весьма актуальными и в других странах с протяженной береговой зоной. Например, их активно используют в Великобритании, где создано несколько гидротехнических энергоустановок, различающихся не только по конструкции, но по принципам действия. В последнее время разработки в этой «нетрадиционной гидроэнергетике» ведутся все активнее. Для преобразования механической энергии волн в электрическую сегодня предложены десятки разнообразных схем: это и подводные турбины, и всевозможные буи, и искусственные водоросли, и даже такие фантастические сооружения, как австралийский «OceanLinx», спущенный на воду в 2004 г.
Реального успеха, впрочем, пока добились немногие. Среди них шотландская компания «Pela-mis Wave Power», которая в 2009 г. ввела в строй первую в мире коммерческую волновую электростанцию мощностью 2,25 МВт (этого хватает на 1600 домов) у берегов Португалии. Большинство же проектов пока находятся на стадии лабораторных разработок или проектирования. Главная причина — естественные ограничения на эффективность (и соответственно рентабельность и даже «осмысленность») установок: чтобы подводные турбины успешно работали, скорость потока должна быть не ниже 6 узлов (около 10 км/ч), тогда как скорость почти всех морских течений примерно вдвое ниже. Именно независимость от скорости потока разработчики упомянутой технологии из «Уойех Нудго Energy» считают своим основным достижением — их устройство позволяет получать электроэнергию при скорости потока даже около одного узла.
Прототип подводной электростанции содержит набор горизонтальных цилиндров, закрепленных особым образом. Завихрения, возникающие при их обтекании потоком, передаются на вертикальные опорные колонны, которые начинают совершать продольные колебания. Энергия колебаний преобразуется в электричество с помощью роторного либо линейного генератора (в последнем случае используются подвижные магниты).
По оценкам экспертов, такое устройство обладает вдвое более высокой эффективностью, чем обычные турбины. Кроме того, первые лабораторные испытания были успешно проведены при скорости 1,6 узла (0,8 м/с).
Разработчики планируют запустить пилотную установку мощностью 50 кВт на реке Детройт уже в нынешнем году, но убеждены, что вскоре в прибрежных районах Мирового океана появится немало таких установок, суммарная мощность которых превысит 1 ГВт.
Все больше специалистов видят сегодня в океане неиссякаемый источник «чистой» энергии, который позволит решить многие нынешние проблемы цивилизации.
«Океанская» энергетика в России
В России, где, как известно, развитию альтернативной энергетики внимание уделяют чаще на словах, в последнее время приступают к реализации нескольких интересных проектов по созданию океанских энергоустановок.
Наиболее подходящим для их размещения признан Кольский полуостров, побережье которого уже давно облюбовали для возведения ветровых энергоустановок (ВЭУ) и приливных электростанций (ПЭС) как энергетики, так и экологи. Не случайно именно здесь (в Мурманской области) возвели первую отечественную ПЭС — Кислогуб-скую, уже более 40 лет использующую приливы в Кислой губе Баренцева моря. Интересно, что за это время на станции, где работают всего 20 человек, не было ни одной аварии.
Преимущества ПЭС очевидны — «чистая» и дешевая энергия. Основной недостаток — колебания мощности в течение суток — уже научились во многом компенсировать.
Сегодня на станции сделан ремонт, техника обновлена наполовину. Гидроагрегаты, как и прежде, приводятся в движение дважды в сутки, когда поднимается уровень воды. Но если раньше электроэнергия вырабатывалась лишь в те моменты, когда этот уровень поднимался на 1,2 м, то теперь это будет происходить и при вдвое меньших значениях, так что выработка ПЭС практически удвоится.
Технологию, опробованную в Кислой губе, вскоре используют на строительстве новой Северной ПЭС в районе Териберки, которое должно начаться в 2012 г., а затем на строительстве еще нескольких ПЭС, которые планируют возвести не только в Мурманской, но и в Архангельской области (Малая Мезенская ПЭС).
По оценкам экспертов, на Кольском полуострове можно строить ПЭС мощностью до 1 ГВт. Но и это еще не все. На ПЭС в будущем разместят ВЭУ и солнечные батареи.
Такой комплекс сможет давать еще больше электроэнергии и обеспечит большую стабильность ее выработки благодаря частичной компенсации колебаний мощности той или иной установки. Например, во время отлива, когда ПЭС не вырабатывает электричество, в сеть будут подавать энергию солнечных батарей или ВЭУ.
На крупнейшем в России судостроительном комплексе ПО «Севмаш» работы в сфере приливной энергетики ведутся уже 6 лет. В 2004 г. здесь спроектировали агрегат мощностью 2,8 МВт для Кислогубской ПЭС и дополнительный «наплавной» энергоблок для нее, а также агрегат мощностью 1,5 МВт для Малой Мезенской ПЭС в Баренцевом море, а в 2008—2009 гг. разработали для ПЭС новые «вертикальные» гидроагрегаты мощностью 4 МВт.
По мнению же одного из энтузиастов современных отечественных ПЭС доктора технических наук Юрия Николаенко, новые ПЭС вскоре будут «собирать» из наборов типовых блоков. Размер одного блока мощностью 1 МВт сегодня составляет примерно 50 х 75 м. По его словам, сейчас рассматривается возможность строительства ПЭС из таких блоков у западного побережья Африки (где, по оценкам специалистов, на 1 км побережья можно разместить несколько блоков, суммарная мощность которых составит примерно 5 МВт) и даже у берегов Камчатки, ибо блоки не мешают миграции рыб.
Все больше экспертов считают возведение ПЭС одним из самых перспективных для нашей страны направлений развития альтернативной энергетики и использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Приливы — мощный источник «чистой» энергии, и ПЭС по сравнению с гидроэлектростанциями (ГЭС) имеют ряд серьезных преимуществ: нет нужды в водохранилищах, занимающих огромные территории; выработка ПЭС не зависит от колебаний стока, и ее изменения в течение года прогнозировать гораздо легче и т. д. Но главное — на ПЭС в принципе невозможна авария с такими чудовищными последствиями, как у прошлогодней катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС.
Источник: "Экология и жизнь"
Ю.Н. ЕЛДЫШЕВ
На главную страницу
Темы дня:
• Туннель в гробнице фараона раскрыл все свои тайны
• Тайна навсегда: что произошло в районе реки Подкаменная Тунгуска
• Чем опасны солнцезащитные кремы?
• Анальгин: великий обманщик
• Российский "бог минералогии": вклад в науку
• Исследователи назвали основные факторы, влияющие на уровень IQ
• Медики объяснили, почему умирающие парят над собственным телом
begun Дать объявление
Всегда быть в курсе событий?
Только актуальные новости из мира политики. Подробнее …
www.gzt.ru
Все объявления
На Всемирном саммите ООН по устойчивому развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. было решено учредить Всемирный день океанов, в частности для того, чтобы помочь человечеству не забывать о том, что Мировой океан — колыбель жизни на Земле, почти 70% поверхности которой покрыто водой, а его ресурсы — важнейший фактор развития цивилизации. Не менее важна и его роль в формировании глобального климата и поглощении парниковых газов.
В прошлом году Всемирный день океанов (8 июня) впервые официально отмечался под эгидой ООН и прошел под девизом «Океаны — общая ответственность».
В России главной организацией, регламентирующей участие страны в международных проектах, связанных с океаном, выступает Межведомственная национальная океанографическая комиссия РФ. Она же представляет страну в Межправительственной океанографической комиссии ЮНЕСКО.
Всемирный день океанов - подходящий повод для краткого обзора некоторых свежих результатов исследований Мирового океана.
Как и почему менялся уровень океана
Прогнозируемый в обозримом будущем в связи с глобальным потеплением подъем уровня Мирового океана на 1—1,5 м — сущий пустяк по сравнению с колебаниями его уровня в прошлом, утверждают в появившейся в прошлом году в журнале «Science» статье австралийские и норвежские ученые, установившие, что 82 млн лет назад (в верхнем меловом периоде) уровень океана был на 170 м (!) выше, чем сейчас.
Любопытно, что, по мнению авторов, основная причина этих колебаний — изменения не столько объема воды, сколько уровня и рельефа дна океана. Образование и таяние льдов накладывало на них лишь небольшие (несколько метров, т. е. проценты) осцилляции. Даже стремительное таяние льдов в Северной Америке и прорыв вод из озера Агассиз в Мировой океан (около 8 тыс. лет назад ледовый покров одного из гигантских озер на месте современной Канады растаял и 100 тыс. км3 пресных вод попало в Атлантику) вряд ли могли привести к подъему его уровня выше, чем на 1 м.
Авторы статьи в своей работе сосредоточились на реконструкции изменений рельефа морского дна за последние 100 млн лет (в частности, из-за смещения литосферных плит). Конечно, за это время заметно изменились даже очертания материков, но все равно заключения авторов о том, что многие участки нынешней суши около 80 млн лет назад находились под водой — на глубинах от 50 до 240 м, — заставляют пересмотреть многие привычные представления.
Итак, по оценкам авторов, около 80 млн лет назад уровень моря был в среднем на 170 м выше, чем сейчас, так что под водой находились большая часть Северной Европы, огромные площади Южной Америки, восточное побережье Северной Америки и часть Австралии, а также многие прибрежные территории на всех континентах. Авторы заключили, что, если выявленные ими тенденции к сглаживанию дна океана сохранятся, то еще через 80 млн лет его уровень опустится больше чем на 70 м и очертания всех материков изменятся до неузнаваемости (возможно, Индонезия соединится с Юго-Восточной Азией), так что любые сценарии таяния льдов вряд ли смогут заметно повлиять на этот процесс.
Краткая история океанов
Современные и древние океаны отличаются прежде всего дном, т. е. рельефом, толщиной, строением и составом океанической коры.
Докембрийские:
Панталасс-0 (2,5-2,2 млрд лет назад) — суперокеан, возможно, возникший из кратера на месте падения гигантского метеорита; противостоял суперконтиненту Пангея-0 на противоположной стороне планеты.
Панталасс-1, или Мировия (1600-850 млн лет) -противостоял суперконтиненту Пангея-1 (Родиния).
Мозамбикский (850-600 млн лет) - разделял Западную и Восточную Гондвану.
Протопасифик (600-570 млн лет) — наследник Мировии и прообраз Тихого океана.
Образовался при слиянии Западной и Восточной Гондваны в единый континент.
Прототетис (850-570 млн лет) — прообраз Тетиса; образовался после распада Мировии и Родинии.
Протояпетус (850-570 млн лет) - прообраз Япету-са; образовался после распада Мировии и Родинии.
Палеоазиатский (850-320 млн лет) образовался после распада Мировии и Родинии, отделил Восточно-Европейскую платформу от Сибирской, а ту -от Таримской и Сино-Корейской.
Бореальский (850-240 млн лет) — прообраз современного Северного Ледовитого океана, иногда его рассматривают как северную часть Палеопасифика.
Палеозойские:
Палеопасифик (570-240 млн лет) — прообраз Тихого и наследник Протопасифика.
Япетус (570-420 млн лет) — прообраз Атлантического и наследник Протояпетуса.
Палеотетис (570-205 млн лет) — прообраз Тетиса и наследник Прототетиса.
Реикум (480-425 млн лет) - западная часть Палеотетиса, иногда выделяемая как отдельный океан.
Уральский (540-320 млн лет) - южная часть Палеоазиатского океана, иногда выделяемая как отдельный океан.
Монголо-Охотский (325-155 млн лет) — часть Палеоазиатского океана, выделившаяся в самостоятельный океан в среднем карбоне.
Туркестанский (540-320 млн лет) — часть Палеоазиатского океана, иногда выделяемая как отдельный океан или объединяемая с Уральским океаном.
Мезозойские:
Панталасс-2 (240-160 млн лет) - последний суперокеан, ставший прообразом Тихого и наследником Палеопасифика. После распада Пангеи-2 океан распался, а в кайнозойской эре образовался Тихий океан.
Тетис/Неотетис (280-60 млн лет) — в палеозое был частью Палеотетиса к востоку от Пангеи-2, а в мезозое стал отдельным океаном.
Что же касается изменения рельефа морского дна, то, как считают авторы, главным фактором, влияющим на этот процесс, стало возникновение и распространение новой океанической коры вдоль подводных горных массивов, называемых срединно-океаническими хребтами. А по мере удаления от срединно-океанических хребтов к тем участкам ложа океана, которые называются абиссальными равнинами, океаническая кора постепенно остывает и опускается. Сегодня океанические хребты лежат в среднем на глубине 2,5 км, а абиссальные равнины — на глубине около 6 км.
Как следовало из авторской реконструкции, общая «вместимость» океана зависела в основном от соотношения глубин залегания хребтов и равнин. А в конце мелового периода высокие хребты прорезали океаническое дно почти по всей его площади, так что в среднем оно было поднято намного выше, чем сегодня. В итоге авторы заключили, что хребты более молодого Атлантического океана продолжат расти и впредь, а дно Тихого, наоборот, будет «оседать» по мере их опускания, так что «вместимость» и объем Тихого океана со временем вырастут, а Атлантического — уменьшатся.
Донный парадокс
В другой статье, опубликованной в первом апрельском выпуске журнала «Science», ученые из Португалии и Франции попытались объяснить, почему дно океанов поднимается вместо ожидаемого его тектонического опускания, и заключили, что эта «аномалия», возможно, позволит выявить неизвестные ранее особенности движения мантии.
Авторы исходили из того, что, согласно общепризнанным моделям формирования океанического дна, его новые участки образуются преимущественно в окрестности срединных океанических хребтов, где «расходятся» тектонические плиты, переносимые потоками мантии. В результате «свежая» океаническая кора оказывается нагретой, благодаря чему обретает дополнительную «плавучесть» и возвышается над окружающим ландшафтом.
Эта модель подтверждается многими геологическими наблюдениями, но, как уже отмечалось, в ней «новые» участки дна по мере удаления от срединных океанических хребтов должны, остывая, терять «плавучесть» и все глубже погружаться в мантию. Иными словами, чем дальше от срединных океанических хребтов, тем больше должна быть глубина океана. В действительности же дно океана в самых старых и удаленных от срединных океанических хребтов участках оказывается «поднято» гораздо выше, чем должно было бы быть согласно упомянутой модели, и до последнего времени ученые не могли объяснить этот парадокс.
Одно из центральных противоречий, затрагивавшее основы океанологии и сохранявшееся на протяжении многих лет, сумели устранить Клаудия Адам из Университета Эворы (Португалия) и Валери Видаль из Лионского университета (Франция), которые, сопоставив данные о топографии дна 800 участков Атлантического океана с результатами математического моделирования с использованием упомянутых известных тектонических моделей, ввели в модели необходимые поправки, учитывающие новые представления о распределении потоков тепла в мантии (не только вдоль срединных хребтов, но и на большом удалении от них).
Физический механизм явления пока неясен, хотя авторы высказали предположение о том, что он может быть связан с пока неизвестными процессами конвекции в мантии, которые во многом определяют облик планеты.
Судьба кораллов и уловов
Но сегодня экспертов-экологов больше тревожит не само по себе изменение уровня Мирового океана(Подробнее об этом см., например: Елдышев Ю.Н. Океан проблем Мирового океана// Экология и жизнь, 2009, № 1, с. 48.), а конкретные изменения его отдельных экосистем. Так, эксперты WWF в начале этого года в очередной раз предупредили, что одной из наиболее уязвимых морских экосистем остаются уникальные коралловые рифы в Тихом океане, которым грозит опасность исчезновения из-за роста выбросов парниковых газов в атмосферу и соответствующего роста их поглощения водами Мирового океана, ведущего ко все большему его «закис-лению». По мнению экспертов, особую опасность выбросы СО2 представляют для «кораллового треугольника» — протянувшегося на тысячи километров района коралловых рифов, который сегодня находится под юрисдикцией Индонезии, Малайзии и Филиппин.
Наряду с лесами Амазонки «коралловый треугольник», площадь которого 7,5 млн км2 (более 1% площади земной поверхности) и который содержит треть всех коралловых рифов планеты (их тут более 700 видов), признан районом с наиболее богатым биоразнообразием — здесь обитают более 3 тыс. видов рыб и десятки видов млекопитающих.
Так вот, по заключению экспертов, более 40% коралловых рифов в этом уникальном районе уже погибли, а к концу века, если выбросы не сократятся, «треугольник» исчезнет, что, в свою очередь, повлияет, в частности, на популяцию тунца, который мечет икру в районе «кораллового треугольника». Это приведет к резкому сокращению рыболовного промысла в регионе, в результате чего миллионы людей окажутся на грани нищеты, а экономика, скажем, Индонезии может и вовсе рухнуть.
За последние 50 лет потребление рыбной продукции в мире удвоилось, а по прогнозам, через 25 лет возрастет еще вдвое. С 1970 г. общее число рыболовных судов в мире тоже удвоилось, а в Китае, к примеру, выросло в 6 раз всего за 30 лет. Сегодня Мировой океан бороздят около 3,5 млн подобных судов, и объемы вылова уже не позволяют морским ресурсам возобновляться. По оценкам экспертов, за те же полвека рыбные запасы океанов сократились на 80—90%. Почти уничтожены популяции тунца и меч-рыбы в Средиземном море и Северной Атлантике. Ежегодно в мире вылавливают около 10 млн акул, а их репродуктивный возраст наступает на 20-й год жизни, так что, по многим прогнозам, лет через 30—40 не останется и акул.
Флотилии главных рыболовецких стран год от года продолжают экспансию на юг — к берегам стран «третьего мира». Особенно привлекает их континентальный шельф Западной Африки. Оснащенные самым современным оборудованием рыбацкие суда «вычищают» здесь последние рыбные запасы, лишая население многих стран Африки едва ли не единственного источника животных белков. Практически иссякли запасы рыбы и у берегов Азии — например, в Таиландском заливе и Яванском море.
Поскольку запасы поверхностных вод Мирового океана уже исчерпаны, рыболовы начинают брать добычу со все больших глубин, что, по мнению ряда экспертов, сопряжено с немалыми рисками. Во-первых, до сих пор нет надлежащей оценки запасов глубоководных объектов промысла. Во-вторых, глубоководные животные изучены недостаточно, так что часто мы почти ничего не знаем об их репродуктивном цикле. Между тем есть веские основания полагать, что обитатели океанских глубин могут оказаться «долгожителями», в связи с чем многие из них входят в пору половой зрелости лишь к 50 годам, так что массовая добыча может быстро подорвать численность популяций, на восстановление которых уйдут долгие десятилетия.
Серьезные опасения вызывают и другие аспекты лова. К примеру, до сих пор во многих странах ловят все подряд и чем угодно. В результате значительная часть улова возвращается назад в море уже нежизнеспособной. Выловил сейнер, скажем, 5 т тунца и 1 т сельди, но селедку рыбакам не заказывали, поэтому они ее выбрасывают за борт, хотя отчетливо сознают, что большая часть ее уже не выживет. И наоборот: «специализирующиеся» на сельди избавляются от тунца. В целом за год таких «отходов» набирается около 27 млн т — это почти половина мирового потребления рыбопродуктов. А ведь нередко в сети попадают и другие морские животные, которых тоже выбрасывают за борт как ненужный балласт! По оценкам специалистов, ежегодно на рыбацких крючках обрывается жизнь около 10 тыс. альбатросов. В сети, установленные для лова одного-двух коммерчески важных видов, по всему миру попадают миллионы других животных (например, в тралах, неводах и сетях для вылова тунца гибнет множество морских млекопитающих). Тралы вообще физически уничтожают почти все, что попадается на пути: «утюжат» морское дно, срезают водоросли, разрушают коралловые рифы и практически любые биоценозы превращают в пустыню.
Океан как источник энергии
Впрочем, в последнее время все больший интерес океан представляет не только как источник пищи, но и как возможный источник энергии. Предложено множество способов извлечения этой энергии, включая самые экзотические. Так, недавно американские ученые предложили использовать для выработки энергии явление турбулентности, которое прежде считалось главным врагом судов и даже неподвижных сооружений, которые испытывают взаимодействие с вихревыми потоками жидкости.
Как известно из школьного курса физики, течение жидкостей может быть ламинарным, когда струи жидкости движутся прямо, или турбулентным, когда они завихряются. Первое, впрочем, существует в основном как теоретическая абстракция, а на практике любые течения характеризуются определенной хаотичностью, проявляющейся, в частности, в непредсказуемых завихрениях.
Управлять турбулентностью — дело непростое, поскольку уследить за завихрениями в каждой точке невозможно. Однако статистические описания этого процесса получены уже давно, и их пытаются использовать в конкретных приложениях.
Когда потоки морской воды огибают препятствия (скажем, опоры плавучих буровых платформ, трубопроводы или телекоммуникационные кабели), возникают многочисленные вихри-водовороты, которые постепенно «затухают», но их энергия частично расходуется на вибрацию упомянутых сооружений, постепенно их разрушая. Специалисты уже давно бьются над этой проблемой, разрабатывая разнообразные гасители колебаний.
Но недавно американские ученые из Университета Мичигана придумали, как превратить турбулентные движения из главного недостатка океана в важнейшее его достоинство — неиссякаемый источник энергии. Оказалось, что добиться этого можно, просто преобразуя в электричество механические колебания элементов установленных в потоке конструкций.
Для коммерциализации новой технологии выработки электроэнергии разработчики создали компанию «Уойех Нудго Energy», которая сегодня уже имеет таких серьезных партнеров, как, например, Министерство энергетики и Управление военно-морских исследований США. Дело в том, что, по оценкам экспертов из недавно созданной Национальной ассоциации по развитию морских возобновляемых источников энергии, только за счет океанских течений (т. е. в конечном итоге за счет турбулентности) можно удовлетворить до 10% ежегодной потребности США в электроэнергии (а это около четверти мировых нужд). Уже сегодня подобные «подводные» технологии признаны весьма актуальными и в других странах с протяженной береговой зоной. Например, их активно используют в Великобритании, где создано несколько гидротехнических энергоустановок, различающихся не только по конструкции, но по принципам действия. В последнее время разработки в этой «нетрадиционной гидроэнергетике» ведутся все активнее. Для преобразования механической энергии волн в электрическую сегодня предложены десятки разнообразных схем: это и подводные турбины, и всевозможные буи, и искусственные водоросли, и даже такие фантастические сооружения, как австралийский «OceanLinx», спущенный на воду в 2004 г.
Реального успеха, впрочем, пока добились немногие. Среди них шотландская компания «Pela-mis Wave Power», которая в 2009 г. ввела в строй первую в мире коммерческую волновую электростанцию мощностью 2,25 МВт (этого хватает на 1600 домов) у берегов Португалии. Большинство же проектов пока находятся на стадии лабораторных разработок или проектирования. Главная причина — естественные ограничения на эффективность (и соответственно рентабельность и даже «осмысленность») установок: чтобы подводные турбины успешно работали, скорость потока должна быть не ниже 6 узлов (около 10 км/ч), тогда как скорость почти всех морских течений примерно вдвое ниже. Именно независимость от скорости потока разработчики упомянутой технологии из «Уойех Нудго Energy» считают своим основным достижением — их устройство позволяет получать электроэнергию при скорости потока даже около одного узла.
Прототип подводной электростанции содержит набор горизонтальных цилиндров, закрепленных особым образом. Завихрения, возникающие при их обтекании потоком, передаются на вертикальные опорные колонны, которые начинают совершать продольные колебания. Энергия колебаний преобразуется в электричество с помощью роторного либо линейного генератора (в последнем случае используются подвижные магниты).
По оценкам экспертов, такое устройство обладает вдвое более высокой эффективностью, чем обычные турбины. Кроме того, первые лабораторные испытания были успешно проведены при скорости 1,6 узла (0,8 м/с).
Разработчики планируют запустить пилотную установку мощностью 50 кВт на реке Детройт уже в нынешнем году, но убеждены, что вскоре в прибрежных районах Мирового океана появится немало таких установок, суммарная мощность которых превысит 1 ГВт.
Все больше специалистов видят сегодня в океане неиссякаемый источник «чистой» энергии, который позволит решить многие нынешние проблемы цивилизации.
«Океанская» энергетика в России
В России, где, как известно, развитию альтернативной энергетики внимание уделяют чаще на словах, в последнее время приступают к реализации нескольких интересных проектов по созданию океанских энергоустановок.
Наиболее подходящим для их размещения признан Кольский полуостров, побережье которого уже давно облюбовали для возведения ветровых энергоустановок (ВЭУ) и приливных электростанций (ПЭС) как энергетики, так и экологи. Не случайно именно здесь (в Мурманской области) возвели первую отечественную ПЭС — Кислогуб-скую, уже более 40 лет использующую приливы в Кислой губе Баренцева моря. Интересно, что за это время на станции, где работают всего 20 человек, не было ни одной аварии.
Преимущества ПЭС очевидны — «чистая» и дешевая энергия. Основной недостаток — колебания мощности в течение суток — уже научились во многом компенсировать.
Сегодня на станции сделан ремонт, техника обновлена наполовину. Гидроагрегаты, как и прежде, приводятся в движение дважды в сутки, когда поднимается уровень воды. Но если раньше электроэнергия вырабатывалась лишь в те моменты, когда этот уровень поднимался на 1,2 м, то теперь это будет происходить и при вдвое меньших значениях, так что выработка ПЭС практически удвоится.
Технологию, опробованную в Кислой губе, вскоре используют на строительстве новой Северной ПЭС в районе Териберки, которое должно начаться в 2012 г., а затем на строительстве еще нескольких ПЭС, которые планируют возвести не только в Мурманской, но и в Архангельской области (Малая Мезенская ПЭС).
По оценкам экспертов, на Кольском полуострове можно строить ПЭС мощностью до 1 ГВт. Но и это еще не все. На ПЭС в будущем разместят ВЭУ и солнечные батареи.
Такой комплекс сможет давать еще больше электроэнергии и обеспечит большую стабильность ее выработки благодаря частичной компенсации колебаний мощности той или иной установки. Например, во время отлива, когда ПЭС не вырабатывает электричество, в сеть будут подавать энергию солнечных батарей или ВЭУ.
На крупнейшем в России судостроительном комплексе ПО «Севмаш» работы в сфере приливной энергетики ведутся уже 6 лет. В 2004 г. здесь спроектировали агрегат мощностью 2,8 МВт для Кислогубской ПЭС и дополнительный «наплавной» энергоблок для нее, а также агрегат мощностью 1,5 МВт для Малой Мезенской ПЭС в Баренцевом море, а в 2008—2009 гг. разработали для ПЭС новые «вертикальные» гидроагрегаты мощностью 4 МВт.
По мнению же одного из энтузиастов современных отечественных ПЭС доктора технических наук Юрия Николаенко, новые ПЭС вскоре будут «собирать» из наборов типовых блоков. Размер одного блока мощностью 1 МВт сегодня составляет примерно 50 х 75 м. По его словам, сейчас рассматривается возможность строительства ПЭС из таких блоков у западного побережья Африки (где, по оценкам специалистов, на 1 км побережья можно разместить несколько блоков, суммарная мощность которых составит примерно 5 МВт) и даже у берегов Камчатки, ибо блоки не мешают миграции рыб.
Все больше экспертов считают возведение ПЭС одним из самых перспективных для нашей страны направлений развития альтернативной энергетики и использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Приливы — мощный источник «чистой» энергии, и ПЭС по сравнению с гидроэлектростанциями (ГЭС) имеют ряд серьезных преимуществ: нет нужды в водохранилищах, занимающих огромные территории; выработка ПЭС не зависит от колебаний стока, и ее изменения в течение года прогнозировать гораздо легче и т. д. Но главное — на ПЭС в принципе невозможна авария с такими чудовищными последствиями, как у прошлогодней катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС.
Источник: "Экология и жизнь"
ВЕРОЯТНОСТЬ? А КАК ЕЕ СЧИТАЛИ?
Иосиф ГОЛЬДФАИН
На главную страницу
Темы дня:
• Обнаружен еще один Иерусалим
• Ученые: жизнь на Марсе, вероятно, все еще существует
• Два архетипа в психологии человечества
• Тайны Марианской впадины откроют путь к запасам нефти и газа
• Испанские ученые нашли простой способ сохранения ясного ума
• Реактивный двигатель Сталина
• Итальянский физик выяснил, куда "течет" время
begun Дать объявление
MANGO - купить онлайн
Официальный интернет-магазин одежды Mango. Sale 50% на новую коллекцию!
boutique.ru
Все объявления
В последние годы много говорят и пишут о метеоритной опасности, угрожающей Земле. Кое-кто даже предлагает бороться с ней с помощью ядерного оружия. Но прежде чем приступать к борьбе с какой-либо опасностью, надо оценить ее реальность. И здесь возникает проблема из-за того, что большие метеориты падают на Землю чрезвычайно редко. Поэтому мало-мальски точно оценить вероятность падения такого метеорита невозможно. Собственно говоря, на исторической памяти человечества произошел только один такой случай — Тунгусский метеорит. К счастью, он упал в безлюдной тайге, так что человеческих жертв и экономического
ущерба не было. Но этот феномен часто рассматривают как предупреждение об опасности, грозящей всему человечеству.
«Задержись на орбите эта космическая бомба на 4,5 часа, и… не стало бы Санкт-Петербурга», — пишет журнал «Земля и Вселенная» (2008, №4, с. 81). Естественный вопрос: а почему через 4,5 часа метеорит упал бы именно на Санкт-Петербург, а не на какое-то другое место? Журнал «Земля и Вселенная» этого не разъясняет, по-видимому, считая это общеизвестным. Ответ мы находим в другом журнале: «Подлети камень к Земле минут на пятнадцать пораньше, и его частицы искали бы не в тайге, а на безлюдных развалинах Санкт-Петербурга, который находится практически на той же широте, что и Тунгуска» («Русский Newsweek», 21 — 27 июля 2008, №30 (203). Здесь четверть часа попало по ошибке —перепутали четверть часа с четырьмя часами, обычно называемым числом. Но дело не в этом. В таких рассуждениях молчаливо предполагается, а иногда и утверждается «открытым текстом», как в «Русский Newsweek», что если метеорит прилетел бы позже, то он упал бы на той же широте. Причем предположение очень распространенное. Отметим, что мы указали лишь две статьи в не столь давно вышедших серьезных журналах, но подобные высказывания можно найти во множестве статей и книг. И поскольку это предположение (о той же широте места падения) нигде не обсуждается, то, следовательно, авторам этих трудов оно кажется вполне естественным. Но почему? На чем основывается это предположение?
Ссылки по теме:
Возможный убийца остался незамеченным
Астероид мрака и злобы: конец света переносится на 2012-й?
Куда качнется Апофис?
Трудно усомниться в том, что ответ на этот вопрос должны дать психологи. Действительно, в рассуждениях человек склонен, изменив какой-то параметр, полагать, что прочие параметры не меняются, и сравнивать варианты «при прочих равных условиях». Это естественно. Но как быть с траекторией метеорита? Что в ней считали постоянным авторы многочисленных работ, где было отмечено, что Тунгусский метеорит упал на широте Петербурга? Если предположить, что метеорит мог двигаться по той же орбите, но «на четыре с половиной часа позже», то он вообще не столкнулся бы с Землей, движущейся вокруг Солнца со скоростью более 29 километров в секунду. Так что интересно узнать, какие параметры должны были, по мнению авторов многочисленных статей и книг, оставаться неизменными, чтобы метеорит, упав на Землю через четыре часа, оказался бы на той же широте. Мне лично далеко не сразу стало понятно, что это произошло бы, если бы траектория движения метеорита осталась неизменной в геоцентрической системе координат. Но вряд ли это имели в виду авторы множества работ, где упоминалось об опасности, угрожавшей тогда Петербургу.
Возможные места падения Апофиса
О такой подсознательной склонности человека считать неизвестные параметры постоянными и/или одинаковыми полезно вспоминать, когда обсуждаются вопросы, связанные с какой-то потенциальной опасностью. С теми же метеоритами, в частности. Действительно, в дискуссиях о метеоритной опасности много говорится о вероятности падения на Землю метеоритов того или иного размера. И здесь уместно поставить вопрос: а что это такое — «вероятность»? На первый взгляд, этот вопрос вызывает недоумение. Вроде бы всем известно, что есть такая математическая наука — теория вероятностей. И что математики написали много формул, по которым эти вероятности вычисляются. И есть множество книг, где эти формулы приводятся.
Но если обратиться к учебникам теории вероятностей, то там можно найти нечто необычное и даже обескураживающее. Например, такое: «Методы теории вероятностей по природе приспособлены только для исследования массовых случайных явлений». Это заслуженно популярный, выдержавший множество изданий учебник (Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. — Изд. 3-е. — М.: «Наука», 1964. — с. 16.). То же самое можно найти и во множестве других учебников. Однако это существенное замечание содержится в первой, вводной главе, а на введения, предисловия и тому подобные предварительные материалы общего характера, к сожалению, лишь немногие обращают внимание. Но так или иначе вопрос поставлен: что означает вероятность падения гигантского метеорита, если массового падения таких метеоритов никто не наблюдал?
Конечно, все не так безнадежно. Небольшие метеориты падают часто,
их падение можно считать массовым явлением, и соответствующие вероятности вычисляются без каких-либо теоретических трудностей. Я не знаю, как были рассчитаны вероятности падения гигантских метеоритов, но, скорее всего, дело обстояло так: вычисляли вероятности падения метеорита с небольшими массами. Эти вероятности можно вычислить на основании наблюдений за фактически упавшими метеоритами. Далее на основании этих вычислений делается вывод о зависимости вероятности падения метеорита от его массы. И уже на основании таких предположений вычисляются вероятности падений метеоритов-гигантов. Слабость подобного подхода очевидна — такие вычисления можно выполнять, только сделав какие-то предположения о характере связи между частотой падения метеоритов и их размерами. А эти предположения неизбежно должны иметь умозрительный характер. И пока нам эти предположения не известны, мы не можем понять, насколько серьезной можно считать информацию о метеоритной опасности. Возможно, что эти вычисления столь же обоснованны, как и мнение, которое, впрочем, многим кажется вполне естественным, — что в 1908 году Тунгусский метеорит угрожал Петербургу больше, чем лежащей на другой широте Одессе.
А теперь обратимся к Апофису — астероиду, который в 2036 году может появиться в опасной близости от Земли. О нем пишут в последнее время очень много. Постоянно уточняется сакраментальное число — вероятность падения Апофиса на Землю. И здесь уместно задать вопрос: о какой вероятности идет речь? Действительно, нас интересует уникальное явление — сближение с Землей одного-единственного вполне конкретного астероида. Причем речь идет не о сближении этого астероида с Землей вообще, а об одном конкретном сближении, которое произойдет в 2036 году. Но Е.С. Вентцель и другие авторы учебников нас предупреждали, что аппарат теории вероятностей не приспособлен для изучения подобных явлений. А нам говорят о вероятности. Так что надо отдавать себе отчет в том, что здесь речь идет о необычной вероятности. Вернее, не о той вероятности, о которой пишут в учебниках. Причем в общедоступной литературе не уточняется, о какой именно вероятности идет речь. Но, не зная, как ее фактически считали и, самое главное, какие явные или неявные предположения были приняты при проведении этих подсчетов, мы не можем адекватно относиться к информации о вероятности столкновения Апофиса с Землей.
Однако в 2013 году этот астероид уже пройдет недалеко от Земли. И тогда можно будет более точно замерить параметры его орбиты. Так что об опасности, которую представляет для Земли Апофис, мы будем значительно более обоснованно говорить после 2013 года. Но к 2013 году надо основательно подготовиться. А для этого в первую очередь следует научиться максимально точно определять параметры орбиты. И такая работа ведется. Главное — входят в строй новые телескопы, позволяющие точнее определять траектории астероидов. Более того, планируется послать в 2013 году в сторону Апофиса специальный зонд, который мог бы служить своеобразным радиомаяком для более точного определения его орбиты. Возможно, кто-то работает и над математической стороной вопроса.
Вообще говоря, математическая обработка результатов наблюдений — наука старая и разработанная. Однако приближение Апофиса заставляет задуматься: нельзя ли уточнить какие-то формулы? Но такая работа незаметна, не требует больших денежных средств и поэтому не привлекает к себе внимания СМИ и политиков. Наверное, было бы полезно объявить конкурс на наиболее точное определение положения Апофиса. Ведь устраивали же чемпионаты мира по шахматам среди компьютеров. Пусть все желающие заранее укажут положение Апофиса на небосводе в какую-то определенную ночь 2013 года. И тем, чье предсказание окажется максимально точным, — премия, внимание СМИ и репутация выдающихся вычислителей. А еще лучше провести такой конкурс до 2013 года с каким-либо другим астероидом. И если результаты будут сильно неточными, то успеть внести поправки в расчеты.
Многие забывают, что в последние годы ведется большая работа по идентификации потенциально опасных космических объектов. Есть все основания считать, что в ближайшие годы нам станут известны параметры орбит если не всех, то подавляющего большинства крупных астероидов, чьи орбиты пересекают орбиту Земли. А именно такие астероиды представляют непосредственную опасность. Пока, кроме Апофиса, не было обнаружено ни одного, способного в XXI веке опасно приблизиться к Земле. Скоро эта работа будет в основном закончена, и тогда надо будет разбираться или только с Апофисом, или в крайнем случае с двумя-тремя подобными объектами.
Существует еще одна опасность — космические объекты, которые не поддаются такой идентификации и могут столкнуться с Землей. Особый интерес среди них должны вызывать кометы, поскольку по ряду причин такое столкновение было бы опасней, чем столкновение с астероидом. Но вероятность такого столкновения должна быть мала даже по сравнению с астероидами. В частности, потому, что в то время как плоскости движения астероидов мало отличаются от земной, плоскости движения комет пересекаются с земной под произвольными углами. Поэтому для столкновения с Землей астероида необходимо совпадение двух координат, а кометы — трех. Но с накоплением наших знаний о кометах это утверждение, возможно, получит какие-то уточнения.
Но вернемся к Апофису. Здесь было бы полезно попытаться также определить вероятности разных исходов его столкновения с Землей. Например, какова вероятность, что он попадет в Луну, которая сыграет роль своеобразного щита? Но зная, даже неточно, время возможного столкновения Апофиса с Землей, можно вычислить, сможет ли тогда Луна оказаться на пути опасного астероида. И только убедившись, что это возможно, есть смысл анализировать вероятность такого столкновения и его возможные последствия.
Другой интересный вопрос: что произойдет, если Апофис попадет в Северный Ледовитый океан? Возможно, что там появится гигантская полынья, которая будет отражать солнечный свет значительно слабее, чем снег и лед. И это может повлиять на климат. Хотя если это произойдет зимой, то полынья, наверное, быстро затянется. Более сложный вопрос — оценить возможный размер такой полыньи. Но прежде чем размышлять над этим действительно интересным вопросом, также надо узнать время возможного столкновения и как следствие будет ли тогда в Северном полушарии зима или лето. Как мы видим, при столкновении Земли с астероидом могут быть эффекты, зависящие от времени столкновения. И про часть из них специалисты заранее могут сказать, что при столкновении с Апофисом они не произойдут.
А если астероид упадет в океан, то, скорее всего, возникнет цунами. Но с удалением от места удара волна будет затихать. И в таком случае желательно выяснить, какова вероятность падения Апофиса в такие места Мирового океана, где это падение не приведет к цунами, опасным для густонаселенных прибрежных местностей. Но для этого надо знать высоту волны сразу после его падения. А этот вопрос еще не разработан. Кстати, что произойдет, если астероид упадет на мелководье? Ведь в таком случае только часть энергии удара перейдет в энергию волн. А если Апофис упадет на Балтику, пострадает ли Петербург?! Ослабит ли эту волну дамба, построенная для защиты города от наводнений? Что произойдет, если астероид упадет на Гренландию или на Антарктиду? Если такое падение произойдет у побережья, то, возможно, в море окажется много айсбергов. И тогда возникает вопрос: не будет ли это способствовать повышению уровня Мирового океана? Но если астероид упадет на Гренландию или Антарктиду вдали от берега, то что произойдет тогда?
Все это частности. Но так или иначе ущерб от падения астероида на Землю зависит от места его падения. И возникает желание оценить вероятность более или менее благоприятного исхода. Но подобные вероятности также нельзя считать, не используя те или иные умозрительные предположения. Так, например, известно, что океаны и моря покрывают около 70% поверхности Земли. Так что естественно считать, что столкнувшийся с Землей астероид с большой вероятностью упадет в море. Если полагать, как часто делают, что он с равной вероятностью может упасть в любую точку земной поверхности, то вывод очевиден: он упадет в море с вероятностью 70%. Но только по мере уточнения траектории приближающегося астероида вычисление подобных вероятностей станет все более и более информативным.
Поскольку вероятность столкновения Земли с каким бы то ни было небесным телом очень мала, то тратить значительные средства на попытки каким-то образом изменить траекторию потенциально опасного небесного тела представляется пока нерациональным. Есть много других способов с помощью меньших затрат на одного потенциально спасенного уменьшить число человеческих жертв — уменьшение авто- и авиакатастроф и так далее. Впрочем, так мы можем рассуждать до 2013 года. Поскольку нельзя исключить, что тогда выяснится, что Апофис представляет собой реальную опасность. Но в любом случае, узнав за несколько дней место падения астероида, можно будет к нему подготовиться — эвакуировать население, прекратить подачу газа, в последний момент отключить электричество и тому подобное.
Отдельный и очень серьезный вопрос — возможные глобальные последствия столкновения Земли с астероидом. Под этим понимаются в основном изменения климата, которые будут иметь трагические последствия для всех жителей Земли. Иногда говорят более конкретно — о «ядерной зиме». В свое время много рассуждали о том, что после ядерной войны в атмосфере возникнет слой пыли, дыма и пепла, который не будет пропускать солнечные лучи и будет рассеиваться очень медленно. В результате — гибель растительности и как следствие гибель всех высших форм жизни, кроме, быть может, глубоководных рыб. Даже небольшая вероятность подобного исхода представляется неприемлемой. Поэтому вопрос о последствиях столкновения Земли с астероидом должен вызывать озабоченность независимо от точности измерений параметров орбиты Апофиса в 2013 году.
Но что конкретного мы можем сказать о такой опасности, кроме чисто умозрительных соображений? Допустим, гипотеза о «ядерной зиме» представляется мало правдоподобной. Действительно, в случае атомной войны был бы не один, пусть и гигантский, источник пыли, а много (по числу ядерных взрывов), к тому же сильно рассредоточенных. Кроме того, при ядерном взрыве возникает сильное световое излучение, которое вызывает пожары и как следствие большое число пожаров, много дыма. Этого при падении астероида быть не должно. Но, с другой стороны, что будет, если гигантский астероид упадет в Сахаре? Не возникнет ли при этом такое большое песчаное облако, что оно повлияет на климат?
Здесь надо вспомнить о тех, кто следит за астероидами и вычисляет их орбиты. Возможно, что со временем можно будет точно предсказывать места падения небольших астероидов и организовывать там наблюдение. Может быть, наблюдая за облаком пыли в случае падения небольшого астероида в Сахаре или за высотой волны в случае падения такого астероида в море, можно будет сделать более обоснованные выводы о последствиях падения большого астероида в пустыне или в море. Хотя разница между эффектами от падения таких астероидов и Апофиса (диаметр 320 метров) может быть весьма значительной. Напомним, что объем тела, а следовательно, и его масса пропорциональны кубу его линейных размеров. (Отметим, что это тривиальное рассуждение верно для тел с одинаковой плотностью, так что они сравниваются «при прочих равных условиях», о чем шла речь в начале этих заметок. Но в данном случае это вроде бы естественно.) Кстати, читая про пугающие последствия в случае падения астероида диаметром 1 — 1,5 километра, также не следует забывать, что у Апофиса масса в десятки раз меньше. Тем не менее наблюдения за падением астероидов диаметром в десятки метров поможет реально оценить астероидную опасность.
В 2013 году у нас будет возможность более реально оценить опасность, связанную с Апофисом. Но уже можно подводить некоторые итоги. Главный из них — информация об Апофисе попадала в СМИ в таком виде, что общественности, а возможно, и политикам трудно было судить о том, насколько реальной была эта опасность. И хотя довольно часто называли даже вероятность столкновения Земли с этим астероидом, трудно было понять, как эту вероятность считали и что эти числа означали. Здесь есть, над чем задуматься. Поскольку, помимо астероидов, жителям планеты Земля угрожает множество потенциальных опасностей, имеющих глобальный характер, но вероятность реализации которых очень мала. При этом в случае необходимости значительных материальных затрат для предупреждения подобных опасностей окончательное решение должны принимать не ученые, а политики. Возникает вопрос, как ученые должны рассказывать политикам о маловероятных, но возможных опасностях? Действительно, в таких случаях трудно обойтись без языка теории вероятностей. Но при этом не следует забывать, что в таких случаях часто речь идет не о той вероятности, которую изучают в институтах.
И здесь пример тревоги, связанной с Апофисом, может быть весьма поучительным. Поскольку довольно быстро стали делать то, что нужно было сделать, — стали уточнять информацию. В частности, с помощью совершенных телескопов стали более точно определять траектории пролетающих мимо Земли космических объектов. Вполне возможно, что это поможет в 2013 году окончательно прояснить вопрос со злокозненным астероидом. Но если даже тогда станет ясно, что Апофис Земле не угрожает, накопленные знания не окажутся бесполезными. Поскольку вполне возможно, что через какое-то время Земле опять будет угрожать столкновением какой-то незваный гость из космоса. В то же время проведенные мероприятия не потребовали особо больших затрат.
Но в любом случае, когда речь идет о малых вероятностях, надо быть осторожным. Если для часто происходящих событий (например, падение небольших метеоритов) можно «набрать статистику» и определить искомую вероятность, то маловероятные события вычисляют разного рода косвенными методами. Поэтому, встретив информацию о том, что вероятность какого-то опасного события равна 0,0001% или 0,00001%, полезно задуматься, как эти числа были получены. И скорее всего, об этих вероятностях мы не узнаем ничего определенного, кроме того, что они очень малы. Но как вычислить вероятность крупномасштабной катастрофы на атомной электростанции (АЭС)?! Их в мире не так уж и много. И невозможно поверить, что когда-нибудь на какой бы то ни было АЭС возникнет ситуация, похожая на чернобыльскую. То есть это не массовое явление, для которого мы имеем аппарат теории вероятностей. А ведь страх перед такой катастрофой препятствует строительству АЭС.
Понятно, что когда речь идет о возможности глобальной катастрофы, то и очень малыми вероятностями пренебрегать не следует. Но, как и в случае с Апофисом, начинать надо с их уточнения.
Источник: "Знание - Сила"
Иосиф ГОЛЬДФАИН
На главную страницу
Темы дня:
• Обнаружен еще один Иерусалим
• Ученые: жизнь на Марсе, вероятно, все еще существует
• Два архетипа в психологии человечества
• Тайны Марианской впадины откроют путь к запасам нефти и газа
• Испанские ученые нашли простой способ сохранения ясного ума
• Реактивный двигатель Сталина
• Итальянский физик выяснил, куда "течет" время
begun Дать объявление
MANGO - купить онлайн
Официальный интернет-магазин одежды Mango. Sale 50% на новую коллекцию!
boutique.ru
Все объявления
В последние годы много говорят и пишут о метеоритной опасности, угрожающей Земле. Кое-кто даже предлагает бороться с ней с помощью ядерного оружия. Но прежде чем приступать к борьбе с какой-либо опасностью, надо оценить ее реальность. И здесь возникает проблема из-за того, что большие метеориты падают на Землю чрезвычайно редко. Поэтому мало-мальски точно оценить вероятность падения такого метеорита невозможно. Собственно говоря, на исторической памяти человечества произошел только один такой случай — Тунгусский метеорит. К счастью, он упал в безлюдной тайге, так что человеческих жертв и экономического
ущерба не было. Но этот феномен часто рассматривают как предупреждение об опасности, грозящей всему человечеству.
«Задержись на орбите эта космическая бомба на 4,5 часа, и… не стало бы Санкт-Петербурга», — пишет журнал «Земля и Вселенная» (2008, №4, с. 81). Естественный вопрос: а почему через 4,5 часа метеорит упал бы именно на Санкт-Петербург, а не на какое-то другое место? Журнал «Земля и Вселенная» этого не разъясняет, по-видимому, считая это общеизвестным. Ответ мы находим в другом журнале: «Подлети камень к Земле минут на пятнадцать пораньше, и его частицы искали бы не в тайге, а на безлюдных развалинах Санкт-Петербурга, который находится практически на той же широте, что и Тунгуска» («Русский Newsweek», 21 — 27 июля 2008, №30 (203). Здесь четверть часа попало по ошибке —перепутали четверть часа с четырьмя часами, обычно называемым числом. Но дело не в этом. В таких рассуждениях молчаливо предполагается, а иногда и утверждается «открытым текстом», как в «Русский Newsweek», что если метеорит прилетел бы позже, то он упал бы на той же широте. Причем предположение очень распространенное. Отметим, что мы указали лишь две статьи в не столь давно вышедших серьезных журналах, но подобные высказывания можно найти во множестве статей и книг. И поскольку это предположение (о той же широте места падения) нигде не обсуждается, то, следовательно, авторам этих трудов оно кажется вполне естественным. Но почему? На чем основывается это предположение?
Ссылки по теме:
Возможный убийца остался незамеченным
Астероид мрака и злобы: конец света переносится на 2012-й?
Куда качнется Апофис?
Трудно усомниться в том, что ответ на этот вопрос должны дать психологи. Действительно, в рассуждениях человек склонен, изменив какой-то параметр, полагать, что прочие параметры не меняются, и сравнивать варианты «при прочих равных условиях». Это естественно. Но как быть с траекторией метеорита? Что в ней считали постоянным авторы многочисленных работ, где было отмечено, что Тунгусский метеорит упал на широте Петербурга? Если предположить, что метеорит мог двигаться по той же орбите, но «на четыре с половиной часа позже», то он вообще не столкнулся бы с Землей, движущейся вокруг Солнца со скоростью более 29 километров в секунду. Так что интересно узнать, какие параметры должны были, по мнению авторов многочисленных статей и книг, оставаться неизменными, чтобы метеорит, упав на Землю через четыре часа, оказался бы на той же широте. Мне лично далеко не сразу стало понятно, что это произошло бы, если бы траектория движения метеорита осталась неизменной в геоцентрической системе координат. Но вряд ли это имели в виду авторы множества работ, где упоминалось об опасности, угрожавшей тогда Петербургу.
Возможные места падения Апофиса
О такой подсознательной склонности человека считать неизвестные параметры постоянными и/или одинаковыми полезно вспоминать, когда обсуждаются вопросы, связанные с какой-то потенциальной опасностью. С теми же метеоритами, в частности. Действительно, в дискуссиях о метеоритной опасности много говорится о вероятности падения на Землю метеоритов того или иного размера. И здесь уместно поставить вопрос: а что это такое — «вероятность»? На первый взгляд, этот вопрос вызывает недоумение. Вроде бы всем известно, что есть такая математическая наука — теория вероятностей. И что математики написали много формул, по которым эти вероятности вычисляются. И есть множество книг, где эти формулы приводятся.
Но если обратиться к учебникам теории вероятностей, то там можно найти нечто необычное и даже обескураживающее. Например, такое: «Методы теории вероятностей по природе приспособлены только для исследования массовых случайных явлений». Это заслуженно популярный, выдержавший множество изданий учебник (Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. — Изд. 3-е. — М.: «Наука», 1964. — с. 16.). То же самое можно найти и во множестве других учебников. Однако это существенное замечание содержится в первой, вводной главе, а на введения, предисловия и тому подобные предварительные материалы общего характера, к сожалению, лишь немногие обращают внимание. Но так или иначе вопрос поставлен: что означает вероятность падения гигантского метеорита, если массового падения таких метеоритов никто не наблюдал?
Конечно, все не так безнадежно. Небольшие метеориты падают часто,
их падение можно считать массовым явлением, и соответствующие вероятности вычисляются без каких-либо теоретических трудностей. Я не знаю, как были рассчитаны вероятности падения гигантских метеоритов, но, скорее всего, дело обстояло так: вычисляли вероятности падения метеорита с небольшими массами. Эти вероятности можно вычислить на основании наблюдений за фактически упавшими метеоритами. Далее на основании этих вычислений делается вывод о зависимости вероятности падения метеорита от его массы. И уже на основании таких предположений вычисляются вероятности падений метеоритов-гигантов. Слабость подобного подхода очевидна — такие вычисления можно выполнять, только сделав какие-то предположения о характере связи между частотой падения метеоритов и их размерами. А эти предположения неизбежно должны иметь умозрительный характер. И пока нам эти предположения не известны, мы не можем понять, насколько серьезной можно считать информацию о метеоритной опасности. Возможно, что эти вычисления столь же обоснованны, как и мнение, которое, впрочем, многим кажется вполне естественным, — что в 1908 году Тунгусский метеорит угрожал Петербургу больше, чем лежащей на другой широте Одессе.
А теперь обратимся к Апофису — астероиду, который в 2036 году может появиться в опасной близости от Земли. О нем пишут в последнее время очень много. Постоянно уточняется сакраментальное число — вероятность падения Апофиса на Землю. И здесь уместно задать вопрос: о какой вероятности идет речь? Действительно, нас интересует уникальное явление — сближение с Землей одного-единственного вполне конкретного астероида. Причем речь идет не о сближении этого астероида с Землей вообще, а об одном конкретном сближении, которое произойдет в 2036 году. Но Е.С. Вентцель и другие авторы учебников нас предупреждали, что аппарат теории вероятностей не приспособлен для изучения подобных явлений. А нам говорят о вероятности. Так что надо отдавать себе отчет в том, что здесь речь идет о необычной вероятности. Вернее, не о той вероятности, о которой пишут в учебниках. Причем в общедоступной литературе не уточняется, о какой именно вероятности идет речь. Но, не зная, как ее фактически считали и, самое главное, какие явные или неявные предположения были приняты при проведении этих подсчетов, мы не можем адекватно относиться к информации о вероятности столкновения Апофиса с Землей.
Однако в 2013 году этот астероид уже пройдет недалеко от Земли. И тогда можно будет более точно замерить параметры его орбиты. Так что об опасности, которую представляет для Земли Апофис, мы будем значительно более обоснованно говорить после 2013 года. Но к 2013 году надо основательно подготовиться. А для этого в первую очередь следует научиться максимально точно определять параметры орбиты. И такая работа ведется. Главное — входят в строй новые телескопы, позволяющие точнее определять траектории астероидов. Более того, планируется послать в 2013 году в сторону Апофиса специальный зонд, который мог бы служить своеобразным радиомаяком для более точного определения его орбиты. Возможно, кто-то работает и над математической стороной вопроса.
Вообще говоря, математическая обработка результатов наблюдений — наука старая и разработанная. Однако приближение Апофиса заставляет задуматься: нельзя ли уточнить какие-то формулы? Но такая работа незаметна, не требует больших денежных средств и поэтому не привлекает к себе внимания СМИ и политиков. Наверное, было бы полезно объявить конкурс на наиболее точное определение положения Апофиса. Ведь устраивали же чемпионаты мира по шахматам среди компьютеров. Пусть все желающие заранее укажут положение Апофиса на небосводе в какую-то определенную ночь 2013 года. И тем, чье предсказание окажется максимально точным, — премия, внимание СМИ и репутация выдающихся вычислителей. А еще лучше провести такой конкурс до 2013 года с каким-либо другим астероидом. И если результаты будут сильно неточными, то успеть внести поправки в расчеты.
Многие забывают, что в последние годы ведется большая работа по идентификации потенциально опасных космических объектов. Есть все основания считать, что в ближайшие годы нам станут известны параметры орбит если не всех, то подавляющего большинства крупных астероидов, чьи орбиты пересекают орбиту Земли. А именно такие астероиды представляют непосредственную опасность. Пока, кроме Апофиса, не было обнаружено ни одного, способного в XXI веке опасно приблизиться к Земле. Скоро эта работа будет в основном закончена, и тогда надо будет разбираться или только с Апофисом, или в крайнем случае с двумя-тремя подобными объектами.
Существует еще одна опасность — космические объекты, которые не поддаются такой идентификации и могут столкнуться с Землей. Особый интерес среди них должны вызывать кометы, поскольку по ряду причин такое столкновение было бы опасней, чем столкновение с астероидом. Но вероятность такого столкновения должна быть мала даже по сравнению с астероидами. В частности, потому, что в то время как плоскости движения астероидов мало отличаются от земной, плоскости движения комет пересекаются с земной под произвольными углами. Поэтому для столкновения с Землей астероида необходимо совпадение двух координат, а кометы — трех. Но с накоплением наших знаний о кометах это утверждение, возможно, получит какие-то уточнения.
Но вернемся к Апофису. Здесь было бы полезно попытаться также определить вероятности разных исходов его столкновения с Землей. Например, какова вероятность, что он попадет в Луну, которая сыграет роль своеобразного щита? Но зная, даже неточно, время возможного столкновения Апофиса с Землей, можно вычислить, сможет ли тогда Луна оказаться на пути опасного астероида. И только убедившись, что это возможно, есть смысл анализировать вероятность такого столкновения и его возможные последствия.
Другой интересный вопрос: что произойдет, если Апофис попадет в Северный Ледовитый океан? Возможно, что там появится гигантская полынья, которая будет отражать солнечный свет значительно слабее, чем снег и лед. И это может повлиять на климат. Хотя если это произойдет зимой, то полынья, наверное, быстро затянется. Более сложный вопрос — оценить возможный размер такой полыньи. Но прежде чем размышлять над этим действительно интересным вопросом, также надо узнать время возможного столкновения и как следствие будет ли тогда в Северном полушарии зима или лето. Как мы видим, при столкновении Земли с астероидом могут быть эффекты, зависящие от времени столкновения. И про часть из них специалисты заранее могут сказать, что при столкновении с Апофисом они не произойдут.
А если астероид упадет в океан, то, скорее всего, возникнет цунами. Но с удалением от места удара волна будет затихать. И в таком случае желательно выяснить, какова вероятность падения Апофиса в такие места Мирового океана, где это падение не приведет к цунами, опасным для густонаселенных прибрежных местностей. Но для этого надо знать высоту волны сразу после его падения. А этот вопрос еще не разработан. Кстати, что произойдет, если астероид упадет на мелководье? Ведь в таком случае только часть энергии удара перейдет в энергию волн. А если Апофис упадет на Балтику, пострадает ли Петербург?! Ослабит ли эту волну дамба, построенная для защиты города от наводнений? Что произойдет, если астероид упадет на Гренландию или на Антарктиду? Если такое падение произойдет у побережья, то, возможно, в море окажется много айсбергов. И тогда возникает вопрос: не будет ли это способствовать повышению уровня Мирового океана? Но если астероид упадет на Гренландию или Антарктиду вдали от берега, то что произойдет тогда?
Все это частности. Но так или иначе ущерб от падения астероида на Землю зависит от места его падения. И возникает желание оценить вероятность более или менее благоприятного исхода. Но подобные вероятности также нельзя считать, не используя те или иные умозрительные предположения. Так, например, известно, что океаны и моря покрывают около 70% поверхности Земли. Так что естественно считать, что столкнувшийся с Землей астероид с большой вероятностью упадет в море. Если полагать, как часто делают, что он с равной вероятностью может упасть в любую точку земной поверхности, то вывод очевиден: он упадет в море с вероятностью 70%. Но только по мере уточнения траектории приближающегося астероида вычисление подобных вероятностей станет все более и более информативным.
Поскольку вероятность столкновения Земли с каким бы то ни было небесным телом очень мала, то тратить значительные средства на попытки каким-то образом изменить траекторию потенциально опасного небесного тела представляется пока нерациональным. Есть много других способов с помощью меньших затрат на одного потенциально спасенного уменьшить число человеческих жертв — уменьшение авто- и авиакатастроф и так далее. Впрочем, так мы можем рассуждать до 2013 года. Поскольку нельзя исключить, что тогда выяснится, что Апофис представляет собой реальную опасность. Но в любом случае, узнав за несколько дней место падения астероида, можно будет к нему подготовиться — эвакуировать население, прекратить подачу газа, в последний момент отключить электричество и тому подобное.
Отдельный и очень серьезный вопрос — возможные глобальные последствия столкновения Земли с астероидом. Под этим понимаются в основном изменения климата, которые будут иметь трагические последствия для всех жителей Земли. Иногда говорят более конкретно — о «ядерной зиме». В свое время много рассуждали о том, что после ядерной войны в атмосфере возникнет слой пыли, дыма и пепла, который не будет пропускать солнечные лучи и будет рассеиваться очень медленно. В результате — гибель растительности и как следствие гибель всех высших форм жизни, кроме, быть может, глубоководных рыб. Даже небольшая вероятность подобного исхода представляется неприемлемой. Поэтому вопрос о последствиях столкновения Земли с астероидом должен вызывать озабоченность независимо от точности измерений параметров орбиты Апофиса в 2013 году.
Но что конкретного мы можем сказать о такой опасности, кроме чисто умозрительных соображений? Допустим, гипотеза о «ядерной зиме» представляется мало правдоподобной. Действительно, в случае атомной войны был бы не один, пусть и гигантский, источник пыли, а много (по числу ядерных взрывов), к тому же сильно рассредоточенных. Кроме того, при ядерном взрыве возникает сильное световое излучение, которое вызывает пожары и как следствие большое число пожаров, много дыма. Этого при падении астероида быть не должно. Но, с другой стороны, что будет, если гигантский астероид упадет в Сахаре? Не возникнет ли при этом такое большое песчаное облако, что оно повлияет на климат?
Здесь надо вспомнить о тех, кто следит за астероидами и вычисляет их орбиты. Возможно, что со временем можно будет точно предсказывать места падения небольших астероидов и организовывать там наблюдение. Может быть, наблюдая за облаком пыли в случае падения небольшого астероида в Сахаре или за высотой волны в случае падения такого астероида в море, можно будет сделать более обоснованные выводы о последствиях падения большого астероида в пустыне или в море. Хотя разница между эффектами от падения таких астероидов и Апофиса (диаметр 320 метров) может быть весьма значительной. Напомним, что объем тела, а следовательно, и его масса пропорциональны кубу его линейных размеров. (Отметим, что это тривиальное рассуждение верно для тел с одинаковой плотностью, так что они сравниваются «при прочих равных условиях», о чем шла речь в начале этих заметок. Но в данном случае это вроде бы естественно.) Кстати, читая про пугающие последствия в случае падения астероида диаметром 1 — 1,5 километра, также не следует забывать, что у Апофиса масса в десятки раз меньше. Тем не менее наблюдения за падением астероидов диаметром в десятки метров поможет реально оценить астероидную опасность.
В 2013 году у нас будет возможность более реально оценить опасность, связанную с Апофисом. Но уже можно подводить некоторые итоги. Главный из них — информация об Апофисе попадала в СМИ в таком виде, что общественности, а возможно, и политикам трудно было судить о том, насколько реальной была эта опасность. И хотя довольно часто называли даже вероятность столкновения Земли с этим астероидом, трудно было понять, как эту вероятность считали и что эти числа означали. Здесь есть, над чем задуматься. Поскольку, помимо астероидов, жителям планеты Земля угрожает множество потенциальных опасностей, имеющих глобальный характер, но вероятность реализации которых очень мала. При этом в случае необходимости значительных материальных затрат для предупреждения подобных опасностей окончательное решение должны принимать не ученые, а политики. Возникает вопрос, как ученые должны рассказывать политикам о маловероятных, но возможных опасностях? Действительно, в таких случаях трудно обойтись без языка теории вероятностей. Но при этом не следует забывать, что в таких случаях часто речь идет не о той вероятности, которую изучают в институтах.
И здесь пример тревоги, связанной с Апофисом, может быть весьма поучительным. Поскольку довольно быстро стали делать то, что нужно было сделать, — стали уточнять информацию. В частности, с помощью совершенных телескопов стали более точно определять траектории пролетающих мимо Земли космических объектов. Вполне возможно, что это поможет в 2013 году окончательно прояснить вопрос со злокозненным астероидом. Но если даже тогда станет ясно, что Апофис Земле не угрожает, накопленные знания не окажутся бесполезными. Поскольку вполне возможно, что через какое-то время Земле опять будет угрожать столкновением какой-то незваный гость из космоса. В то же время проведенные мероприятия не потребовали особо больших затрат.
Но в любом случае, когда речь идет о малых вероятностях, надо быть осторожным. Если для часто происходящих событий (например, падение небольших метеоритов) можно «набрать статистику» и определить искомую вероятность, то маловероятные события вычисляют разного рода косвенными методами. Поэтому, встретив информацию о том, что вероятность какого-то опасного события равна 0,0001% или 0,00001%, полезно задуматься, как эти числа были получены. И скорее всего, об этих вероятностях мы не узнаем ничего определенного, кроме того, что они очень малы. Но как вычислить вероятность крупномасштабной катастрофы на атомной электростанции (АЭС)?! Их в мире не так уж и много. И невозможно поверить, что когда-нибудь на какой бы то ни было АЭС возникнет ситуация, похожая на чернобыльскую. То есть это не массовое явление, для которого мы имеем аппарат теории вероятностей. А ведь страх перед такой катастрофой препятствует строительству АЭС.
Понятно, что когда речь идет о возможности глобальной катастрофы, то и очень малыми вероятностями пренебрегать не следует. Но, как и в случае с Апофисом, начинать надо с их уточнения.
Источник: "Знание - Сила"
Подписаться на:
Сообщения (Atom)