Космические факторы развития биосферы

В.Ф.Попов, О.Н.Толстихин

Земля, прежде всего, является космическим телом - планетой, которая обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите со средней скоростью 29,765 км/с на среднем расстоянии 149,6 млн км. Ее возраст оценивается в 4,6 млрд лет.

В.И.Вернадский в своих трудах о биосфере говорит, что Земля, будучи пространственно-временной ничтожной частью Млечного пути, материально и энергетически непрерывно в ходе времени связана и с Солнечной системой, и с "Галаксией".

Согласно принципу физика и философа Маха, взаимодействие тел распространяется на всю Вселенную в целом, включая наиболее удаленные звезды и галактики. Неразрывное единство мироздания проявляется не только в мире бесконечно малого, но и в мире сверхбольшого. Этот факт получил признание в современной физике и космологии. По словам астронома Фреда Хойла: "Современные исследования довольно убедительно свидетельствуют о том, что условия нашей повседневной жизни не могли бы существовать в отрыве от далеких частей Вселенной". В контексте нового подхода в физике, называемого бутстрап (обратная связь, англ.), Вселенная рассматривается в качестве сети взаимосвязанных объектов и событий. Свойства всех частей этой сети взаимообусловлены и общая структура определяется универсальной согласованностью всех взаимосвязей. Рассматpивая влияние космоса на pазвитие биосфеpы Земли и ее экологических систем, пpавомеpно вычленить следующие наиболее значимые фактоpы: гpавитацию, пpиход на Землю космического вещества и солнечное излучение. Все космические объекты находятся и движутся под влиянием гравитационного поля, определяемого, согласно теории относительности, конфигурацией пространства-времени.

Анализ новых комет привел к гипотезе о существовании гигантского кометного облака, называемого облаком Оорта. Оно опоясывает Солнечную систему и простирается почти на половину расстояния до ближайших к Солнцу звезд. Время от времени облако возмущается близко проходящими звездами или гравитационным полем Галактики, что приводит к возможному появлению комет в планетной зоне Солнечной системы. Солнечная система - гигантский механизм, в котором движением управляет сила гравитации. Из закона тяготения И.Ньютона вытекает форма Земли - геоид, сплюснутый у полюсов. Под влиянием гравитации происходит движение Земли по орбите и ее вращение вокруг своей оси. От этого зависят земной год, времена года, смена дня и ночи и их длительность. Этим обуславливаются не только основные ритмы на планете, но и ее термодинамика.

Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят морские приливы и отливы, которые оказывают самое непосредственное воздействие на фоpмиpование пpибpежномоpских экосистем. В геологическом времени приливные силы изменяют орбитальные параметры Земли: сокращают время суточного вращения Земли (так, в кембрии было около 400 дней в году), уменьшают влияние силы Кориолиса, увеличивают наклон эклиптики к экватору.

Гpавитационное поле Земли по сути космический и постояннодействующий фактор для всех процессов, происходящих на ней. Оно определяет распределение вещества Земли: более тяжелое опускается вниз, а легкое поднимается вверх; вода течет вниз по уклону; происходит выветривание горных массивов и накопление осадков. В результате гравитационного притяжения Земли при подъеме тела на высоту будет увеличиваться его потенциальная энергия. Природная тенденция состоит в уменьшении этой потенциальной энергии до минимума. Поэтому более плотное вещество стремится оказаться внизу. Движение атмосферы и океана контролируется силой градиента давления и эффектом вращения Земли. Различия в давлении в свою очередь определяются изменениями плотности воздуха и морской воды. На гидроэлектростанциях при выработке электрического тока используется часть потенциальной энергии, заключенной в падающей воде.

Масса Земли (M) составляет 5,98*1021, а средняя плотность - 5,52 г/см3. Формирование и эволюция оболочек планеты являются, главным образом, результатом гравитационной дифференциации вещества по плотности. Так, современная Земля, согласно геофизическим данным, состоит из следующих оболочек:

1.Атмосфера - газообразная оболочка, содержащая 5,3*103 триллионов т различных газов (одна миллионная доля от М). Плотность воздуха на уровне моря в среднем равна 1,3*10-3 г/см3. С высотой плотность воздуха быстро убывает, так что три четверти массы атмосферы находится ниже 10 км, 90% - ниже 15 км, 99% - ниже 30 км. Содержание водяных паров в атмосфере составляет 12,4 триллиона тонн. Главными компонентами атмосферы являются азот, кислород, аргон, углекислота, составляющие 99,99% сухого воздуха.

2. Гидросфера - водная оболочка, содержащая 1,46*106 триллионов т жидкой воды и льда, что в 275 раз больше массы атмосферы (одна четырехтысячная доля от М). Пресная вода имеет плотность 1 г/см3. Основная масса гидросферы приходится на соленые воды Мирового океана, который покрывает 70,8 % поверхности Земли и имеет среднюю глубину 3795 м. Материковая отмель, или шельф с глубинами до 200 м, как правило, узка и занимает только 7,6 % площади Мирового океана. Далее идет довольно крутой материковый склон с глубинами до 3000 м - 15,2 % площади океана. Вся остальная площадь приходится на ложе океана (абиссаль) с глубинами более 3 км. Глубоководные желобы, (ультраабиссаль) с глубинами более 6 км занимают менее 1 % площади океана. Наиболее глубокие впадины - Марианский желоб в Тихом океане - 11034 м и Пуэрто-Рико в Ат