Текст книги "Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции"

Земля кажется нам неподвижной, но на самом деле она вращается вокруг своей оси по экватору со скоростью 1600 км в час, обращается вокруг Солнца со скоростью 107000 км в час, вместе со всей Солнечной системой летит в направлении созвездия Геркулеса со скоростью 252 млн. км в час, опять же вместе с Солнечной системой обращается вокруг центра Галактики со скоростью 980000 км/час, а вместе со всей Галактикой летит в направлении Великого Аттрактора со скоростью 950000 км в час. К тому же из-за расширения Метагалактики наша Галактика удаляется от других и сама расползается со скоростью 2160000 км в час. Мы живём в мире сверхвысоких скоростей, по сравнению с которыми наши земные скорости всех этих чудес техники – скоростных автомобилей, самолётов и ракет – пренебрежимо малы.

По экватору Земля вращается вокруг своей оси со скоростью, превышающей 1600 км в час. Если бы она была твёрдым жёстким телом не только на поверхности, но и в своих глубинах, скорость её вращения как по экватору, так и на пространстве вплоть до полюсов была бы везде одинаковой. Однако в действительности это не так. Например, в Европе в районе Италии скорость вращения составляет около 1200 км в час. Фигура Земли и скорость её вращения с точностью до 1 % соответствует равновесной форме вращающейся жидкости, а не твёрдого тела. Происходит это из-за жидкого состояния вещества в глубинах Земли.

Фигура Земли отклоняется от шарообразной и представляет собой не вполне правильной формы эллипсоид вращения. Это сплюснутый со стороны полюсов шар, и к тому же несколько вытянутый в сторону Северного полюса, вследствие чего Земля немного напоминает грушу. Форма Земли получила название геоида, т. е. фигуры, свойственной только Гее и нигде более пока не обнаруженной. Термин «геоид» ввёл в 1873 г. немецкий физик И. Листинг. Сплюснутость геоида объясняется вращением Земли вокруг оси, приводящим к вытянутости её диаметра по экватору, и сдавленностью её этим вращением от полюсов. Поэтому окружность Земли по экватору составляет 40075,7 км, а по меридиану – на 67,2 км меньше. Вытянутость же Земли к Северному полюсу, придающая ей грушевидную форму доказательного объяснения пока не получила. Возможно, причиной этого феномена является удар какой-то увесистой планетозимали при образовании Протоземли. Горбы на поверхностях планет, видимо, часто образовывались при столкновениях с планетозималями, а позднее – с астероидами, расшибавшимися в лепёшку о планетную твердь, однако по мере протекания различных эволюционных процессов на протяжении огромного числа лет они постепенно сглаживались и исчезали.

При наблюдении из Космоса Земля представляет собой голубоватый шарик, как и Нептун. Но голубой цвет Нептуна объясняется наличием в его атмосфере большого количества метана, который прозрачен для голубой и синей части спектра, но блокирует красный и оранжевый цвета. Цвет Нептуна ровный и только кое-где эта красивая голубизна нарушается мощными ураганами, постоянно изменяющими лик планеты. Но голубизна Нептуна – лишь поверхностная окраска верхнего слоя. Из-за своей красивой и ровной голубизны он и оправдывает имя греческого бога морей и бурь. Но воды на Нептуне скорее всего нет, как нет и дна, поскольку это газовая планета.

Земле же голубой цвет придаёт именно голубоватый цвет её океанов, которые занимают около 71 % её территории. Так что Земля является, в отличие от Нептуна, истинно нептунической планетой. К тому же голубое подкрашивание создаёт и атмосфера планеты. Недаром с земной поверхности чистое небо мы видим голубым, хотя, разумеется, существуют и другие объяснения этой голубизны.

Но в отличие от Нептуна Земля из Космоса предстаёт не чисто голубой, а пёстрой. На ней видны огромные белые пятна облачности, разноцветные выступы материков, различные затемнения в низинах суши, зеленовато-синие и розовые пространства от игры солнечных лучей в отражательной среде атмосферы. Глядя на Землю из Космоса, очень трудно обнаружить её уникальность и принципиальные отличия от других планет Солнечной системы. Заурядная планета, теряющаяся в огромных пространствах, колоссальном разнообразии и монотонной повторяемости Космоса.

Как уже отмечалось, вода в жидком состоянии и в большом количестве, образующем гидросферу – уникальное космическое свойство планеты Земля. Везде в Солнечной системе, кроме Земли, вода обнаруживается либо в виде льда, либо в виде горячих паров. К тому же она существует в не очень больших количествах и неизвестно с какими примесями. Возможно, что вода, содержащаяся во льдах полярных шапок Марса или на лунных кратерах, не оправдает надежд, возлагаемых учёными на её использование для пребывания там людей. Если это не вода в привычном нам земном понимании, а раствор различных вредных химических веществ, то этот источник водных ресурсов для обживания планет человеком может оказаться практически бесполезным. Гидросфера же Земли по земным масштабам очень велика, это не только планетарное явление, но и космический феномен, ставший результатом специфического развития Земли как космического тела. Общая масса гидросферы Земли составляет 14600000 триллионов тонн. Это немало. Но вода – довольно сложный продукт эволюции и к тому же легко загрязняемый.

При этом основная масса воды сосредоточена в Мировом океане, часть связана в материковых льдах, пропитывает земную кору. На пресную воду приходится лишь около 0,001 % планетарных запасов воды. Это совсем немного.

В океанской воде растворено в 60 раз больше углекислого газа, чем его содержится в атмосфере, и в 150 раз меньше кислорода. Океан консервативнее атмосферы, он сохраняет количественные отношения углекислого газа и кислорода, которые существовали в атмосфере в очень давние времена. Испарения океанов играют регулирующую роль в составе атмосферы.

Океаны выступают и мощным регулятором климата на планете, оказывая существенное воздействие на различия между Востоком и Западом, Севером и Югом. Соответственно гидросфера косвенным образом через особенности природной среды влияет и на фундаментальные основы эволюции социальных систем и протекания социальных процессов. Умеренный климат территории Западной Европы и США резко противопоставлен континентальному климату огромного Азиатского материка. Европа расширяется к востоку, и чем дальше на восток и дальше от моря, тем холоднее зимы, сильнее морозы и длительное наличие снежной пустыни на земной поверхности. Но Восточная Европа – это всё-таки Европа, хотя и плавно переходящая в Азию. Она развёрнута к Балтийскому и Чёрному морям, которые оказывают огромное влияние на её климат. Умеренный климат Японии, расположенной на островах, отличает её от остальной Азии.

Ещё резче обусловленное океаническим воздействием различие между Севером и Югом. Жаркое дыхание экваториальных зон Мирового океана в сочетании с прямыми палящими лучами Солнца определяют тропический климат Африки и тропической части Латинской Америки. И если мы посмотрим на экономическую карту мира, проанализируем политическое устройство стран, расположенных в умеренном, континентальном и жарком климате, мы увидим явное соответствие между действием на климат океанической стихии и исторической эволюцией проживающих в этих странах народов. На это соответствие природной среды, климата и условий существования с нравами и культурой народов указывал ещё Ш. Монтескье.

Механизм воздействия океанов на климат земной суши предельно прост. В тёплое время года огромная масса воды согревается Солнцем гораздо медленнее суши и охлаждает атмосферу, препятствуя чересчур длительному сохранению высоких температур, зною и засухе. В холодное же время года ранее длительно согреваемый океан медленно остывает, согревая значительно быстрее остывающую атмосферу. Чем больше площадь близко расположенного океана, тем больше испаряется воды и тем мягче и умереннее климат. И наоборот, чем дальше от океана, тем резче перемены климата между временами года, тем грубее и жёстче воздействие климатических условий на биосферу и антропосферу.

Действие океанов на климат суши во многом дополняет действие атмосферы. Земная атмосфера с её тонкими парниковыми эффектами защищает земную поверхность от резких перепадов температур между днём и ночью, летом и зимой. Что происходит, когда атмосфера отсутствует, показывает изучение Луны, Меркурия и других планет с «резко континентальным» климатом. Если бы на Земле хотя бы ненадолго установился бы такой климат, солнечные лучи выжгли бы всё живое, а при заходе светила останки живых организмов сковал бы немыслимый в земных условиях мороз.

Воздействие океанов благодаря высокой теплоёмкости воды ещё более интенсивно способствует защите планеты жизни от разрушающего воздействия Космоса. Оно же дифференцирует земную природу на более подверженную этому воздействию и более защищённую от него. Более уязвимым со стороны косной природы оказывается Восток, менее уязвимым – Запад.

Действие Мирового океана на климат в умеренных широтах, в экваториальной зоне и в приполярных областях неодинаково. В экваториальной зоне горячие солнечные лучи практически круглый год разогревают воду и сушу, не давая им остыть и позволить океанам выполнить в полной мере работу по охлаждению суши. Результатом является жаркий тропический климат, а также проливные дожди в различных областях Южной Азии.

Регулирующую и стабилизирующую роль на поверхности Земли выполняет и гляциосфера (от лат. «гляциос» – лёд). Её иногда именуют также криосферой, что в переводе с греческого означает «сфера холода, мороза». Гляциосфера – часть гидросферы, состоящая из замороженной воды в виде льда, снега и инея. Ледники и снежный покров оберегают Землю от перегревания. Они подобно зеркалу отражают солнечный свет и тепло в окружающее космическое пространство. Чтобы растопить всю гляциосферу, необходима энергия, втрое превышающая тепловую энергию, которая поступает от Солнца и из недр Земли в течение года.

Царство Снежной королевы в виде ледяного покрова и вечной мерзлоты распространяется не только на приполярные зоны планеты. Ледники покрывают около 11 % суши, а с учётом подземных, плавучих и горных льдов – 19,6 % всей поверхности Земли. Ежегодно выпадающие снега покрывают около 125 млн. км², т. е. ещё на четверть больше, чем то пространство, которое занимают ледники. При этом почти 17 % выпадающего снега вновь откладывается в ледники, а 2/3 поступают на сушу. Крупнейшими ледниками Земли являются Антарктический, покрывающий 90 % Антарктиды, и Гренландский, занимающий до 80 % территории Гренландии. Толщина льда Антарктического ледника составляет около 4 км, гренландского – 3,4 км.

В истории Земли значительную роль сыграли периоды оледенений, когда длительные похолодания приводили к экспансии ледяного покрова из приполярных зон в зоны умеренного климата. Специалисты насчитывают до 17 периодов оледенений за последние 600 млн. лет. В эти периоды ледники занимали до 30 % земной суши. Последнее оледенение началось около 40 тыс. лет назад.

В условиях длительного отсутствия солнечного разогрева океаны подвергаются воздействию проникающей через атмосферу холодной космической среды. Ледяное «дыхание» Северного Ледовитого океана чувствуется на очень далёкие расстояния, охлаждая огромные пространства Северного полушария и образуя зоны вечной мерзлоты. Они занимают около 25 % всей поверхности Земли, а в такой стране, как Россия – до 50 % её территории.

В отличие от Северной приполярной зоны, Южная представляет собой покрытый льдами материк – Антарктиду. Доказано, что в определённый период истории Земли этот материк был покрыт вечнозелёной растительностью, а ныне превратился в ледяную пустыню. Покровные ледники Антарктиды нередко скользят по ледяному подстилу и сползают в океан, образуя огромные плавучие ледяные горы-айсберги.

Наряду с покровными ледниками приполярных зон гляциосфера содержит и горные ледники, которые образуются в горных массивах вследствие низких температур в надземной части тропосферы. Горные ледники представляют собой медленно текущие ледяные реки, скованная льдом вода которых сползает сверху вниз под действием земного притяжения. Спускаясь в низины, ледники оттаивают и из них берут начало многие реки. Таким образом, гидросфера в какой-то мере «господствует» над сушей, используя своё «численное превосходство», выражающееся в значительно большей площади охватываемого ею пространства и массе вещества. Космос через земную атмосферу воздействует на свою частицу, Землю потоками тепловой энергии от Солнца или при дефиците таковой – общим охлаждением земной поверхности. Океаны же оказывают регулирующее воздействие, до определённого порога помогая атмосфере смягчать и стабилизировать климат. Однако превышение этого порога за пределами умеренных широт превращает океаны в дополнительный источник либо тепла, либо холода, что обусловливает огромное разнообразие земного климата и всей природной среды.

Атмосфера Земли состоит из пяти уровней, или слоёв – тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы и экзосферы. В нижнем уровне, простирающемся над земной твердью и именуемом тропосферой, сконцентрировано около 80 % атмосферного воздуха. Это самый плотный слой атмосферы, необходимый для дыхания всех обитателей земной поверхности. Толщина тропосферы составляет 10–15 км, но в приполярных районах она опускается до 8-10 км, а в экваториальной зоне поднимается до 17–18 км. Именно в тропосфере за счёт испарения воды возникают облака, образуются циклоны и антициклоны, дуют ветры и ураганы, льют дожди и гремят грозы, падает снег или град. Соответственно все метеорологические феномены образуются под воздействием Космоса не на «небе», а именно в тропосфере Земли.

Особенностью тропосферы является быстрое снижение температуры воздушной среды в зависимости от подъёма над поверхностью Земли. При всех сменах времён года, изменениях климата в зависимости от климатических зон, похолоданиях и бурях в тропосфере средняя температура поверхности Земли составляет 22 °C. С каждым километром подъёма над поверхностью Земли температура падает приблизительно на 6 °C, и на границе тропосферы достигается -55 °C. Это уже почти космический холод. Всё более разреженной становится и воздушная среда, уменьшается содержание кислорода. Давление воздушного океана снижается с 1 атмосферы у поверхности до 0,026 атмосферы на границе тропосферы.

Над тропосферой возвышается стратосфера, более разреженная по сравнению с тропосферой воздушная среда. До высоты 20 км температура держится на уровне -55 °C, затем начинает постепенно подниматься по причине разложения озона под действием солнечных лучей, и на верхней границе стратосферы составляет уже около 15 градусов по Цельсию. Стратосфера содержит около 19,5 % массы атмосферы, т. е. совместно с тропосферой охватывает 99,5 % всей окружающей Землю воздушной массы, так что на остальные три слоя приходится всего лишь 0,5 %. Сама же эта масса при кажущейся невесомости воздуха отнюдь не мала, она составляет приблизительно 51500 триллионов тонн. На высоте около 30 км в стратосфере достигает наибольшей мощности озоновый слой.

Мезосфера, или средняя, промежуточная сфера воздушного океана, простирается над стратосферой на высоте от 55 до 80 км. В ней температура снова снижается с набором высоты и на верхней границе достигает -90 °C.

На высоте от 80 до 1000 км вокруг Земли расположен слой, именуемый ионосферой. Здесь температура также начинает возрастать вследствие поглощения ультрафиолетового излучения Солнца и ионизации атомарного кислорода. На высоте 400 км температура крайне разреженной воздушной среды составляет около 1000° К, а в периоды солнечной активности достигает 1800° К. Выше 400 км над поверхностью Земли температура стабилизируется, вследствие чего этот слой часто называют термосферой. Воздушная среда в термосфере представляет собой слабоионизированную плазму, которая образуется путём ионизации атмосферного и молекулярного кислорода, а также азота под действием солнечного ультрафиолетового излучения.

Изменяется в ионосфере и состав воздушной среды. До 100–120 км действуют конвективные процессы, перемешивающие газы и образующие однородность состава среды. Далее кислород переходит в атомарное состояние, а азот остаётся в молекулярном. Это мешает ему подниматься выше, и на высоте более 400–500 км присутствие этого господствующего в плотных слоях атмосферы газа падает почти до нуля, а в крайне разреженной газовой среде остаются атомарный кислород и другие лёгкие газы. На высоте 700–100 км ионосфера ещё более редеет, в ней остаются лишь «первичные» газы – водород и гелий.

Наконец, над ионосферой межпланетное пространство на несколько земных радиусов выходит экзосфера – остаточная газовая среда, состоящая в основном из водорода.

Земной шар, диаметр которого составляет около 12 800 км, имеет слоистое внутреннее строение. Он состоит из внутреннего твёрдого ядра, или ядрышка, внешнего жидкого ядра, мантии с астеносферой и литосферы с земной корой. Разделение глубин Земли на ядро, мантию и литосферу было предложено австралийским сейсмологом К. Булленом на основании измерения скорости сейсмических волн. Эти волны, исходящие из эпицентров землетрясений, как бы «просвечивают» Землю до самых глубин, словно рентген. Зная скорости их распространения в различных средах, а также поведение продольных и поперечных волн, можно делать обоснованные выводы о состоянии вещества и физических особенностях глубинных слоёв в теле Земли.

Все три фундаментальных слоя – ядро, мантия и литосфера – подразделяются в свою очередь на два крупных слоя. Ядро раздваивается на внутреннее и внешнее, мантия – на верхнюю и нижнюю, литосфера – на литосферную мантию и земную кору. При этом более глубинный слой оказывает формирующее воздействие на более поверхностный и одновременно – на все вышележащие слои. Земля – единое целое, и состояния каждого слоя находятся в зависимости от состояний других слоёв.

В основе внутреннего строения Земли лежит земное ядро. Ядро чётко выделяется на приборах, регистрирующих прохождение сквозь тело планеты сейсмических волн. Пронизывая Землю, эти волны оставляют на экранах приборов чёткую тень. Продольные и поперечные волны, возникающие в мантии, отражаются ядром, причём поперечные в нём полностью затухают, а скорость продольных уменьшается в 1,7 раза. Анализ данных этого сейсмически ориентированного способа восприятия позволяет убедительно доказать жидкое, вязкое состояние внешней части земного ядра. Изменение характера и скорости движения волн по мере приближения к центру Земли доказывает наличие внутренней твёрдой жёсткой части ядра. Диаметр этой внутренней жёсткой части составляет 2200–2600 км, толщина (мощность) внешней жидкой части – 2200 км. Общая масса ядра достигает 31–32 % от всей масса Земли, а его диаметр – более трети от диаметра Земли. Внутреннее ядро (ядрышко), по современным расчётам, состоит на 80 % из железа и на 20 % из никеля. Внешняя жидкая часть ядра представляет собой расплав железа с примесью никеля и серы.

Внутренняя часть ядра характеризуется весьма высоким давлением, плотностью вещества и температурой. Существуют различные мнения учёных по поводу температуры в центре Земли, но все согласны, что она превышает 4000 °C. Во внешней части ядра температура несколько ниже – около 3500 °C, и давление также ниже. Высокое давление и температура ядра обычна для любых космических объектов, поскольку они возникают путём сгущения газопылевых облаков, а их ядра, приобретая мощное поле тяготения, разогреваются до высоких температур при высоком давлении и управляют образованием поверхностных слоёв.

Ядро Земли «одето» в мантию (от греч. «покрывало», «плащ») – так в Средневековье называли торжественное одеяние, роскошную накидку, которая по моде того времени была настолько длинной, что её несли на королевских приёмах специально выделенные пажи. Мантия Земли – самая широкая (мощная) её оболочка, она охватывает почти 2/3 её массы и 83 % объёма. Толщина мантии – около 2900 км. Как и ядро, мантия подразделяется на два слоя – верхнюю и нижнюю части. Толщина нижней части мантии – около 2000 км, верхней – около 900. В отличие от ядра, мантия состоит главным образом из силикатов – соединений на основе кремния, среди которых наиболее широко распространён минерал оливин. Средняя температура вещества мантии – от 2000 до 2500 °C.

Плотность и вязкость вещества мантии возрастает с глубиной вследствие давления сверху, вызывающего перестройку атомов и молекул. Особенно сильное уплотнение силикатов происходит на глубине от 400 до 1000 км от поверхности Земли. Если кристаллический кремний на поверхности имеет плотность2,53 г/см³, то на этих глубинах его плотность увеличивается до 4,25 г/см³. В мантии происходит образование магмы (от греч. «густая мазь») – расплавленного вещества, вытекающего при извержениях вулканов.

Вещество мантии может в одних местах находиться в жидком состоянии, в других – в твёрдом. Высокая температура мантии приводит к плавлению силикатов и их переходу в жидкое состояние. По мере же роста давления возникает тенденция к кристаллизации, и мантийное вещество твердеет. Тяжёлая и плотная литосфера постоянно давит на верхнюю мантию, как бы плавая в её поверхностном слое, именуемом астеносферой (от греч. «астенос» – слабый).

Астеносфера слаба по сравнению с литосферой, фактически её образует именно давление литосферы на поверхностный слой мантии. Астеносфера продавливается литосферой, и части литосферы легко скользят по ней, увлекаемые глубинными потоками мантии. Толщина астеносферы, нередко превышает толщину литосферы, доходя до 100 км под континентами и около 50 км – под океанами. Это и обеспечивает медленные горизонтальные перемещения литосферных плит.

Вещество астеносферы представляет собой вязкую жидкость с температурой около 1500 °C в слое, подогреваемом верхней мантией, а при контакте с литосферой её температура падает до 500 °C. Этот контактный слой, на который опирается литосфера, геологи называют границей Мохо в честь сербского сейсмолога А. Мохоровича, который в 1908 г. расчитал глубину погружения литосферы в мантию. Эта граница проходит на глубине 35–45 км под равнинными районами земной суши, 70 км – под горными цепями и 5-10 км – под дном океанов.

Литосфера, астеносфера и верхняя мантия подобны своеобразному «бутерброду», роль «масла» в котором играет астеносфера, но все три слоя подвижны друг относительно друга.

Литосфера (от греч. «литос» – камень) состоит из земной коры и литосферной мантии, т. е. охлаждённой и затвердевшей части мантии, лежащей над астеносферой. Она не представляет собой сплошной массы, как ядро или мантия, а является крайне неоднородной как по строению, так и по составу. Движения литосферных плит определяют структуру земной коры, формируют горы, равнины на суше, дно морей и океанов.

Земная кора очень тонка, её масса составляет всего лишь 0,05 % от общей массы Земли. Но эта тонкая оболочка, разрабатываемая и присваиваемая человеком, составляет вещественную основу человеческой цивилизации, её природно-ресурсного потенциала.

Поверхность земной коры формируется под действием трёх факторов. Движения частей литосферы формируют особенности рельефа. Неровности рельефа подвергаются сглаживанию процессами выветривания и разрушения горных пород. Осаждения пород образует накопление осадочных слоёв, которые, нарастая, засыпают и погребают под собой более древние формы рельефа.

Земная кора подразделяется на континентальную и океаническую, резко отличающиеся друг от друга. Континентальная кора значительно толще и древнее, её граница Мохо, обозначающая соприкосновение с астеносферой, проходит на глубине 35–45 км под равнинами суши, в горных же районах она достигает 70 км, но может опускаться и ниже. Возраст же континентальной коры составляет миллиарды лет. Эта кора начала формироваться в процессе тектонической активности Земли около 4 млрд. лет назад. Уже около 2,6 млрд. лет назад было сформировано около 70 % нынешней континентальной коры, а остальная часть коры формировалась в последующее время и формируется сейчас.

В большинстве случаев континентальная кора складывается из трёх слоёв: нижнего базальтового, среднего гранитного и верхнего осадочного. Переход базальтового слоя в гранитный пролегает на глубине от 5 до 35 км и называется границей Конрада в честь австрийского геофизика В. Конрада, впервые определившего эту границу по схожести прохождения продольных сейсмических волн. Верхний осадочный слой образуется в течение многих тысячелетий осадочными породами, состоящими главным образом из минералов, т. е. химических соединений, возникших в «химической лаборатории» Земли в процессе её естественной эволюции. К осадочным породам относятся песок, галька, камни, а также минерализованные останки живых организмов.

Океаническая кора, как правило, значительно тоньше и гораздо менее долговечна, чем континентальная. Она состоит главным образом из двух слоёв – базальтового и осадочного. Ширина океанической коры обычно не превышает 6–8 км, но в некоторых местах она увеличивается до 10–15 км, а в глубоких ущельях (рифтах) средне-океанических хребтов она снижается почти до нуля.