2.1. земл. размеры и возраст

2. Земля [1 − 4]
2.1. Размеры и возраст
В третьей части «Концепций современного естествознания», изданной ранее, в разделе
12 «Проблемы современной космологии» был сделан краткий обзор основных современных теорий, касающихся происхождения Вселенной, строения и астрономических параметров галактик. Для совместного рассмотрения насущных вопросов естественнонаучного
комплекса дисциплин и экологии, обозначенных во введении, целесообразно привести некоторые дополнительные сведения, касающиеся физических, химических, биологических
и геологических свойств, как нашей планеты, так и окружающего её космического пространства. Представляют интерес и исторические сведения, сохранившиеся в дошедших
до нашего времени документах.
На самых ранних, известных учёным, этапах своего развития люди проявляли постоянный интерес к небу. Поместив, большую часть своих богов именно на небе и связывая с
их волей свои судьбы, человечество было вынужденно доступными методами и средствами следить за состоянием небесных сфер. Естественно, что представление об окружающем Землю пространстве соответствовало уровню знаний и возможностям имеющихся в
распоряжении наблюдателей инструментов.
Первоначальная информация естественно же была, по теперешним представлениям, в
немалой степени наивной. Так, например, в мифах Древней Греции понятие небесного
свода ассоциировалось с некой крышей, простиравшейся над земной твердью. Достаточно
вспомнить, что Геракл, незаконнорожденный сын главного из богов, во время реализации
одного из своих двенадцати подвигов, удосужился некоторое время держать на своих могучих плечах небесный свод. Пока Атлас путешествовал по просьбе Геракла за золотыми
яблоками Гесперид (запад нынешней Испании) гигант исполнял эту нелёгкую работу. Как
написал по поводу Атлантов гораздо позже Юрий Визбор
Держать его махину, не мёд со стороны.
Напряжены их спины, колени сведены.
А небо год от года всё давит тяжелей,
Дрожит оно от гула ракетных кораблей
Да, Геракл был гигантом, но не до такой же степени. По другим свидетельствам мифологии, Геракл был высок, но не настолько, чтобы превосходить размерами, например, горы. Таким образом, естественно предположить,
что в представлении Древних Греков, небо начиналось, практически сразу, несколько метров
не в счёт, за выступающими точками гористой
местности. В Древнем Египте (Рис. 2.1) в качестве одного из образов неба использовалась
мифическое животное, напоминающее быка,
который судя по соотношению размеров, не на
много превосходил людей и Бога Солнца − Ра,
путешествующего в дневное время на золотой
ладье.
Рис. 2.1. Образ неба в Древнем Египте
26
В более поздние времена в Древнем Египте у
неба появился собственная богиня − Нут (Рис. 2.2),
которая тоже постиралась над землёй, организуя
своим телом своеобразное звёздное покрывало.
В Библии всё, что располагается над землей,
называется небесный свод. Это понятие происходит от латинского слова «firmament», основу которого составляет слово «firmus» − твёрдый.
Рис. 2.2. Бог неба Нут
Наблюдая перемещение светил по небесному
своду, древнегреческие астрономы уже в IV в. до
н.э. поняли, что небо нельзя представить одним простым навесом. В ночном небе имели
место как неподвижные относительно друг друга светящиеся объекты (далёкие звёзды),
так и активно движущиеся, изменяющие своё положение в течение одной ночи. Солнце,
Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн (другие планеты в те далёкие времена
ещё небыли открыты) перемещались каждая по своей собственной траектории. Древние
Греки назвали их планетами, что означало «блуждающий».
Созерцательный период астрономии закончился в 240 г. до н.э. Эратосфен Киренский,
возглавлявший знаменитый Муссейон, расположенный в Александрии (Рис. 2.3) и являвшийся, как бы сейчас сказали, самым продвинутым научным учреждением на Ближнем
Востоке и в Европе.
Эратосфен обратил внимание на то, что 21 июня, в полдень в египетском городе Сиена
(нынешний Асуан) солнце находилось строго в зените. В то же самое время в Александрии, расположенной на расстоянии 805 км севернее все, вертикально стоящие предметы
отбрасывали тень. Вывод учёного был поистине гениальным для того давнего времени.
Причиной такого явления могла быть только кривизна поверхности Земли. Используя
простейшие геометрические модели, Эратосфен вычислил кривизну земного шара (Рис.
2.4). В результате расчетов получилась величина весьма близкая к точному значению RЗ ≅
6400 км, что не может не поражать прозорливостью и умением владеть минимумом информации, получая совершенно фантастические для своего времени результаты.
Эратосфена проверил в 100 г. до н.э. Позидон из Апамеи, повторив измерения, он получил менее точный результат RЗ ≅ 4600 км, которое по странному стечению обстоятельств было принято, как более правдоподобное. Заниженное значение размеров Земли
использовали многие астрономы древности, включая знаменитого Клавдия Птолемея, одного из последних бескорыстных защитников Аристотеля с его неподвижностью Земли,
как центра Вселенной. Значение радиуса Земли, вычисленное Птолемеем, было поставлено под сомнение только в 1521 − 1522 г. после завершения экспедиции Магеллана.
Геометрические методы определения космических расстояний были использованы
Аристархом из Самоса, который вычислил расстояние от Земли до Луны, используя в качестве единицы измерения диаметр нашей планеты. Наблюдая затмения Луны Аристарх
догадался, что затмения были вызваны Землёй, находящейся между Солнцем и Луной.
Граница тени Земли, пересекающей Луну, позволила установить их относительные размеры. Полученное в результате вычислений расстояние LЗ/Л ≅ 3,84⋅105 км оказалось весьма
близким к точному значению, экспериментально измеренному с помощью современных
лазерных технологий.
Распространяя геометрический метод на более дальние расстояния, Аристарх пришёл
к выводу, что Солнце должно быть расположено от Земли на расстоянии LC/З ≅ 20 LЗ/Л.
Несмотря, что полученная величина была занижена примерно в 20 раз, древний астроном
понял, на сколько собственные размеры светила превосходят земные. И сразу вставал резонный вопрос. Почему огромное по размерам и массе Солнце вращается вокруг маленькой Земли? Нелогично. Высказав идею о том, что Солнце не может быть спутником Земли, Аристарх из Самоса не был услышан современниками, находящимися в плену идей
великого Аристотеля. Сокрушать авторитеты было трудно, похоже, что вера придавала
27
людям силы во все времена и не только на религиозной почве. Как известно геоцентрическая система устройства мира правила умами учёных и простолюдинов до 1545 г. н.э., до
выхода в свет книги Николоса Коперника, который, по сути, вернулся к истокам, на более
чем десять веков назад, в эпоху гениального и дерзкого Аристарха из Самос.
Рис. 2.3. Взаимное расположение Александрии и Сиены
28
Все существовавшие на Земле религии,
от самых ранних «неправильных» − языческих и до «правильных» − современных
как непременный и основополагающий
атрибут имели свою теорию сотворения
мира. Естественно, что основное внимание
в мифах уделялось именно Земле, а остальное проходило под кодовым названием «небо» или «небеса». Сотворение мира
относилось древними не к столь далёким
временам как теперь. Промежутки времени в тысячу лет воспринимались более реальными, чем в миллионы. Показательным
примером, на взгляд, представляется попытка определения даты рождения Земли
Рис. 2.4. Наблюдения Эратосфена
на основе исследования генеалогических
хитросплетений персонажей первых глав
Книги Бытия.
В 1658 г. архиепископ Джеймс Ашер, проанализировав кто кем был рождён и на ком
женился (вышел замуж) пришёл к выводу, что избранная Богом планета была произведена
на свет, опять таки божий, в 4004 г. до н.э. 22 октября в 8 часов до полудня, т.е. с утреца.
Средневековые греческие теологи, сопоставив известные исторические свидетельства о
цивилизациях Месопотамии и Египта, посчитали уместным сдвинуть эту знаменательную
дату вглубь веков на 5508 г. до н.э.
Библейский вариант сотворения мира господствовал в официальной науке до 1785 г.
н.э., до выхода в свет сочинения шотландского естествоиспытателя Джеймса Хаттона
«Теория Земли». Хаттон утверждал, что, судя по скорости протекания процессов на поверхности Земли в виде образования и выветривания гор, изменениям положения речных
течений и т.п., возраст нашей планеты должен быть существенно большим, нежели по
библейским теориям. Сделав предположение о постоянстве скорости процессов, исследователь сформулировал, так называемый, «принцип единообразия». То, что видел на поверхности Земли Хаттон, по его убеждению, должно было начаться не тысячи лет назад, а
как минимум счёт должен идти на миллионы. Как и следовало ожидать, смелые и научно
обоснованные предложения Хаттона, не встретили официальной поддержки.
Однако естественнонаучные факты имели свойство напоминать о себе по совершенно
различным поводам. В 30-х годах уже XIX в. н.э. подданный её величества Чарльз Лаелл
публикует трёхтомное сочинение «Принципы геологии», в котором с британской добросовестностью и бесстрашием на 100% подтверждает правоту Хаттона. Современная геология начала с Лаелла своё существование, одновременно прояснив несколько ситуацию с
возрастом нашей планеты.
Возраст Земли пытались вычислить, используя принцип единообразия, по толщине
осадочных пород, оседающих следствие действия воды. Несмотря на большие ошибки изза влияния выветривания, выкрашивания, сдвигов и других причин, влияющих на результат, стало очевидным, что нашей планете никак не менее 500 миллионов лет.
Ещё более почтенный возраст был вычислен английским астрономом Эдмундом Хейли в 1715 г. н.э. по концентрации солей в Мировом океане. Хейли предположил, что изначально океан был пресным, а его наполнение солями происходило за счёт речных стоков.
Чтобы создать солёность около 3 % требовалось время не менее миллиарда лет. Такой же
порядок возраста давали исследования биологов, проследивших развитие примитивных
одноклеточных существ.
Однако новую смуту в вопросе возраста нашей общей обители, как это и следовало
ожидать, внесли физики. В середине XIX века адепт немецкой классической физики Гер29
ман Людвиг Фердинанд Гельмгольц дерзнул применить закон сохранения энергии к
Солнцу. По мнению Гельмгольца, Земля не могла быть старше Солнца, а Солнце по тогдашним термодинамическим представлениям не могла очень долго излучать столько
энергии без ущерба своего состояния. Яркий представитель английской физической школы Уильям Томсон, ставший за свои научные заслуги лордом Кельвином, в результате
термодинамических вычислений определил, что возраст Земли не должен превышать 50
млн. лет.
К концу XIX века мнения учёных о возрасте Земли разделила баррикада, по одну сторону которой держали оборону физики, доказывая, что по всем любимым ими законам
наша планета не могла в твёрдом состоянии находиться более миллиарда лет. Нападающая же сторона в лице геологов и биологов пыталась предъявить неопровержимые, по их
мнению, доказательства таковой возможности
Однако никто не мог предположить, что в 1896 г. Анри Беккерель откроет явление радиоактивности, которое имеет фантастическую энергетику, что повергло в прах все классические термодинамические теории. Молодая физическая поросль, не отягощённая чрезмерным преклонением перед авторитетами и своими учителями, крушила классические
устои физических основ мироздания. Юный Эрнст Резерфорд, любимый ученик знаменитого Джона Джозефа Томсона, открывшего электрон и предложившего миру первую модель атома, на одной из своих лекций в присутствии лорда Кельвина несколькими фразами перечеркнул многолетние труды мэтра. Он заявил, что не имеет смысла скрупулёзно
подсчитывать, за какое время могла остыть Земля до теперешнего состояния, без учёта её
постоянного подогрева изнутри за счёт освобождения энергии радиоактивными веществами.
Проникновение в глубь материи на атомный и ядерный уровень сделало вполне реальным исчислять возраст Земли миллиардами лет. Изучение остаточной радиоактивности
горных пород позволило отнести их возраст к отметке в 4 млрд. лет. Современные исследования, проведенные с использованием более совершенных приборов, определили возраст Земли в твёрдотельном состоянии равным 4,7 млрд. лет.
На рис. 2.5 приведена схема превращения ядер урана 235
92 U в стабильные ядра свинца
206
82 Pb . Обращают на себя внимание периоды превращения ядер урана в ядра тория (27 млн.
лет) и ядер тория в ядра радона (14 млрд. лет). Другими словами, урановый котёл нашей
планеты ещё будет способен её подогревать 8 − 9 млрд. лет, что должно вселять определённый оптимизм нынешним поколениям людей.
Рис. 2.5. Схема превращения
236
92
30
U в изотоп свинца
206
82
Pb