Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

Над экваториальной областью Земли, на высотах 3000 и 15 000 километров, расположены две зоны с высокой плотностью высокоэнергичных заряженных частиц. Эти радиационные пояса, имеющие форму бубликов, называются поясами Джеймса Ван Аллена – американского физика, который открыл их в середине прошлого века.

В 1970-х годах с помощью спутников удалось выявить магнитослой – длинный хвост плазмы, протянувшийся по течению солнечного ветра. Магнитное поле защищает Землю от заряженных частиц солнечного ветра, отклоняя их в пояса Ван Аллена. Но некоторые частицы попадают в так называемые полярные каспы – полярные области верхней атмосферы, где быстрые электроны из солнечного ветра взаимодействуют с атмосферными атомами. Так появляются танцующие огни полярного сияния.

Климат-контроль планеты

Климат Земли удивительно стабилен. Он оставался пригодным для жизни в течение 4 миллиардов лет, хотя на этом пути и было несколько тревожных моментов. Определяющим фактором стабильности является, по-видимому, взаимодействие, установившееся между тектоникой плит и количеством углекислого газа в атмосфере и в океанах.

Это взаимодействие основано на круговороте углекислого газа. Цикл круговорота начинается с того, что вулканы выбрасывают углекислый газ в атмосферу. Это помогает сохранять планету теплой. В теплом климате морская вода испаряется, водяные пары собираются в облака и разражаются дождями. Дождевые потоки являются слабокислотными, так как они содержат углекислый газ в растворенном виде. Поверхностные породы под действием этих дождей подвергаются химическому выветриванию – углеродсодержащие минералы растворяются в воде. Затем полученная смесь вымывается в море, где минералы накапливаются и в итоге выпадают в осадок, образуя на морском дне новые углеродсодержащие породы – породы осадочного типа (см. рис. 6.3).

Рис. 6.3. Углекислый газ лежит в основе сложного механизма контроля климата на Земле.

Рано или поздно благодаря тектонике плит эти породы переносятся в зону субдукции, где в горячей мантии из них выделяется углекислый газ, который затем вновь возвращается в атмосферу в результате вулканической активности.

Этот цикл представляет собой, по сути, чрезвычайно эффективный термостат. Когда планета излишне нагревается, испарение и осадки увеличиваются, в результате чего атмосфера в ускоренном темпе освобождается от углекислого газа и планета охлаждается. Когда становится холоднее, количество осадков уменьшается и вулканические газы накапливаются в атмосфере. Планета снова нагревается.

Луна также играет немаловажную роль в поддержании пригодного для жизни климата на Земле. Она гасит колебательные движения планеты; если бы не Луна, эти колебания могли бы сильно наклонить ось Земли и вызвать ледниковые периоды. В настоящее время антропогенный фактор тоже начинает играть существенную роль (см. главу 10). Изменения, вносимые нами в климат путем сжигания ископаемого топлива, могут нанести планете урон, который будет ощущаться в течение миллионов лет; но после того, как мы исчезнем с лица Земли, термостатическое равновесие на планете, скорее всего, восстановится. Хотя гарантии никто дать не может.

Машина погоды

Если в течение длительного периода атмосфера вела себя относительно прилично, обеспечивая довольно стабильный климат на планете, то этого нельзя сказать о краткосрочной перспективе: нашу погоду можно сравнить с ветреной красавицей, подверженной внезапным приступам ярости. Такой неустойчивый характер объясняется совокупностью многих сил, которые действуют на тропосферу.