Радиоактивные элементы (уран, торий, калий[2]) медленно распадаются на более легкие элементы. Это также производит тепло в ядре и мантии Земли.
Земля медленно остывает, отдавая внутреннее тепло холодно пространству. Но: большая планета содержит больше тепла (из обоих источников), чем маленькая.
Кроме того, большое тело имеет меньшую площадь поверхности, теряющую тепло, по отношению к объему. Поэтому оно остывает медленнее. По той же причине взрослые охлаждаются медленнее, чем дети.
Все проявления геологической активности (вулканы, землетрясения, возникновение гор) обусловлены теплом, распространяющимся из недр Земли к поверхности.
18. Откуда мы знаем возраст Земли?
Вопрос возраста Земли связан с возрастом Солнца, так как Солнце не может быть моложе (тогда Земля была бы замерзшей).
То, как долго Солнце светит, зависит от того, насколько много тепла оно отдало и каков источник его энергии. Самые ранние измерения были произведены в XIX в.
В XIX в., когда все работало на пару и угле, у физиков напрашивался вопрос: не является ли Солнце гигантской глыбой горящего угля?
Сколько времени могла бы глыба угля размером с Солнце — прародительница всех глыб угля — поддерживать тепловыделение Солнца до израсходования угля? Приблизительно 5000 лет.
5000 лет оказалось слишком мало даже для ирландского архиепископа Ашшера, который вывел из Библии, что Земля была создана в воскресенье 23 октября 4004 г. до н. э. — в 9:00.
Геология и биология говорят нам, что Земле по крайней мере сотни млн лет. Ведь необходимы долгие годы для формирования гор…
…и для того, чтобы все живое могло эволюционировать от одного общего предка. Физики тоже имеют свои весомые соображения относительно возраста Земли.
Радиоактивный уран в горных породах превращается в свинец с известной скоростью, так что соотношение между их количествами может быть использовано в качестве «часов». Возраст Земли составляет миллиарды лет.
В 1907 американский физик Бертрам Болтвуд из данных по радиоактивному распаду датировал горные породы из Шри-Ланки. Их возраст оказался колоссальным — 2,2 млрд лет.
Фактически самым древним породам, найденным на Земле, около 4 млрд лет. Но Земля, конечно, должна быть еще старше. Вопрос в том, сколько ей лет?
Самая точная оценка возраста Земли достигается радиоактивным датированием метеоритов, строительных обломков, оставшихся после рождения Солнечной системы: 4,55 млрд лет.
Итак, возраст Солнца и Земли составляет примерно треть от возраста Вселенной, которая возникла в результате Большого взрыва около 13,7 млрд лет назад.
Солнце горит в миллион раз дольше, чем могло бы, если бы было сделано из угля. Так что источник энергии должен быть в миллион раз мощнее той энергии, которую может обеспечить уголь.
Источник энергии в миллион раз мощнее угля существует: это ядерная энергия. Солнце осуществляет термоядерный «синтез» водорода с получением гелия. Побочным продуктом является солнечный свет.
19. Что защищает нас от опасностей космоса?
Космос — опасное место. Это чрезвычайно холодный вакуум, пронизываемый смертельной радиацией, смертоносными частицами, метеоритами и астероидами-убийцами.
Земля относительно защищена от этих космических опасностей. Мы защищены тонким слоем воздуха (наша атмосфера) и невидимым магнитным полем.
Заряженные частицы, такие как протоны (ядра водорода) и электроны, движутся в космическом пространстве со скоростями, близкими к световой. Высокая энергия делает их опасными.
Их создает Солнце (солнечный ветер/взрыв), сверхновые звезды, а также горячие «активные» галактики. Такие частицы известны как космические лучи.
Астронавты на Луне или в полете на Марс могут погибнуть от излучения гигантской солнечной вспышки или заболеть раком кожи от космических лучей.
Магнитное поле Земли отклоняет эти частицы, так что большинство из них не долетают до нас. Луна и Марс (слишком маленькое поле) — более опасные места.
Большая часть смертоносного излучения высокой энергии (УФ и рентгеновского излучения, в основном, от Солнца) поглощается молекулами воздуха. В противном случае, оно тоже могло бы вызывать рак.
Малые метеориты замедляются, нагреваются и испаряются в атмосфере. На Луне, где нет атмосферы, мелкие частицы могут про бить скафандр/лунную базу.
Таким образом, существует множество космических событий, которые могут угрожать жизни на Земле. Но большинство из них маловероятно в течение жизни человека.
По-настоящему гигантские солнечные вспышки могут вывести из строя электростанции и сломать энергосистемы и коммуникационные сети, в результате чего возникнет широкомасштабный хаос…
Или Земля может столкнуться с небольшим астероидом или кометой. Объект размером в 1 км может опустошить континент, а размером в 10 км может привести к глобальной катастрофе.
Но есть и хорошие новости — вызванные радиацией генетические мутации и космические воздействия управляли эволюцией. Без них нас бы здесь не было.
20. Что вызывает ледниковые периоды?
Никто не знает наверняка. Скорее всего, не одна причина. Длительная эволюция климата Земли изучена недостаточно хорошо.
Геологические свидетельства существования ледниковых периодов были впервые обнаружены в начале XIX в. Идея, что ледниковые периоды повторяются, была принята всерьез только в 1870-х.
Земля пережила, по крайней мере, пять основных ледниковых периодов за последние 2,5 млрд лет. Большинство продолжалось десятки или сотни млн лет.
Наиболее жестоким был период 850–630 млн лет назад, когда лед покрывал почти всю Землю. Этот период «Земля — снежный ком», вероятно, закончился благодаря массовой вулканической деятельности.
Текущий ледниковый период (плейстоцен) начался 2,58 млн лет назад. За последние 740 000 лет 8 ледниковых периодов были разделены межледниковыми периодами. Мы находимся в межледниковом периоде.
Ледниковые периоды сначала повторялись каждые 41 000 лет, затем каждые 100 000 лет. Текущий межледниковый период (голоцен) начался 10 000–20 000 лет назад.
Такие долгосрочные изменения температуры могут быть вызваны изменениями количества «парниковых газов» в атмосфере, которые способствуют нагреву планеты.
