Ответы на вопросы: Ответы к зачету введение в специальность естествознание

Числовые значения

Световой год равен:

• км (порядка 10 петаметров)
• 63 241,1 астрономическим единицам (а.е.)
• 0,306601 парсек

Величину светового года в метрах легко рассчитать: длительность юлианского года равна по определению 365,25 дней = 31 557 600 секунд. Скорость света, также по определению, равна 299 792 458 м/с (как определению метра в СИ, так и по определению МАС от 1972 года). Перемножив, получаем итоговое значение.
Современное значение астрономической единицы км. Отсюда можно получить значение астрономической единицы и парсека в световых годах.

Парсек (сокращённо пк, pc) — распространённая в астрономии внесистемная единица измерения расстояния. Название происходит от параллакс угловой секунды и обозначает расстояние до объекта, годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде. Согласно другому эквивалентному определению, парсек — это такое расстояние, с которого средний радиус земной орбиты (равный 1 а. е.), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом одна угловая секунда (1″).

1 пк =360*60*60/2π а. е. ≈ 206 265 а. е. = 3,08568×10¹⁶ м = 30,8568 Пм (петаметров) = 3,2616 световых лет.

3.6. Вселенная — фундаментальное понятие астрономии, строго не определяемое. Включает в себя весь окружающий мир. На практике под Вселенной часто понимают часть материального мира, доступную изучению естественнонаучными методами. Под возрастом Вселенной подразумевается время с начала её расширения.

Астрономическая Вселенная, или Метагалактика - это часть Вселенной, доступная наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем.

Астрономические наблюдения Вселенной позволили с относительной точностью установить «возраст» Вселенной, который по последним данным составляет 13,72 ± 0,12 миллиардов лет. Однако среди некоторых учёных существует точка зрения, что Вселенная никогда не возникала, а существовала вечно, и будет существовать вечно, изменяясь лишь в своих формах и проявлениях. Представления о форме и размерах Вселенной в современной науке также являются остродискуссионными, предположительно протяжённость Вселенной составляет не менее 93 миллиардов световых лет, при наблюдаемой части всего в 13,3 млрд. св.л.

Современная наука

Так как уже в специальной теории относительности время зависит от движения наблюдателя, а в общей теории относительности — ещё и от положения, то нужно уточнить, что понимается в таком случае под возрастом Вселенной. В современном представлении возраст Вселенной — это максимальное время, которое измерили бы часы с момента Большого Взрыва до настоящего времени, попади они сейчас нам в руки.

Возраст Вселенной можно определить, по крайней мере, тремя способами:

• Возраст элементов — возраст химических элементов можно оценить, используя явление радиоактивного распада с тем, чтобы определить возраст определённой смеси изотопов.
• Возраст скоплений — возраст самых старых шаровых скоплений звёзд можно оценить, используя кривую в координатах светимость-температура для звёзд крупных шаровых скоплений. Этим методом было показано, что возраст Вселенной больше, чем 12.07 миллиардов лет с 95%-ной доверительной вероятностью.
• Возраст звёзд — возраст старейших звёзд белых карликов можно оценить, используя измерения яркости белых карликов. Более старые белые карлики будут более холодными и потому менее яркими. Обнаруживая слабые белые карлики, можно оценить продолжительность времени, в течение которого данный белый карлик охлаждался. Oswalt, Smith, Wood и Hintzen (1996, Nature, 382, 692) проделали это и получили возраст 9,5+-0,95миллиардов лет для звёзд основного диска Млечного пути. Они оценили возраст Вселенной, по крайней мере, на 2 миллиарда лет старше возраста диска, т.е. больше 11.5 миллиардов лет.

Кроме того, существуют способы оценки Возраста Вселенной, исходя из космологических моделей на основе определения Постоянной Хаббла.

Основные этапы развития Вселенной

Большое значение для определения Возраста Вселенной имеет периодизация основных протекавших во Вселенной процессов. В настоящее время принята следующая периодизация Истории Вселенной:

• Самая ранняя эпоха, о которой существуют какие-либо теоретические предположения, это Планковское время (10⁻⁴³ с после Большого взрыва). В это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий. По современным представлениям эта эпоха Квантовой космологии продолжалась до времени порядка (10⁻¹¹ с после Большого взрыва).
• Следующая эпоха характеризуется рождением первоначальных частиц кварков и разделением видов взаимодействий. Эта эпоха продолжалась до времён порядка (10⁻² с после Большого взрыва). В настоящее время уже существуют возможности достаточно подробного физического описания процессов этого периода.
• Современная эпоха Стандартной космологии началась через 0,01 секунды после Большого взрыва и продолжается до сих пор. В этот период образовались ядра первичных элементов, возникли звёзды, Галактики, солнечная система, планеты, появилась жизнь на Земле.

Важной вехой в истории развития Вселенной в эту эпоху считается эра рекомбинации, когда материя расширяющейся Вселенной стала прозрачной для излучения. По современным представлениям это произошло через 380000 лет после Большого взрыва. В настоящее время это излучение мы можем наблюдать в виде Реликтового фона, что является важнейшим экспериментальным подтверждением существующих моделей Вселенной.

ТЕМА 4.

Первый вопрос

Науки о Земле

Науки о Земле - комплекс наук, изучающих Землю, ее геосферы, их природные свойства, население и результаты его хозяйственной деятельности. В число наук о Земле входят:

- естественные науки: геология, физическая география и др.; и

- общественные науки: география населения, экономическая география и др.

Любая из наук о Земле делится на общую и региональную. Общая наука изучает закономерности, присущие всем объектам, изучаемым этой наукой, а региональная - особенности этих объектов на какой-либо определенной территории.

Науки о Земле (геонауки) охватывают науки, занимающиеся изучением планеты Земля (литосферы, гидросферы и атмосферы), а также космического пространства вокруг Земли. Изучение земли служит моделью для исследования других планет земной группы. После появления космических зондов, позволявших исследовать объекты солнечной системы, в науки о Земле была также включена планетология. Планетология занимается изучением Луны, планет и их спутников, астероидов, метеоритов и комет. Часто, говоря о науках о Земле, употребляют более общий термин: науки о Земле и о Вселенной.

Список наук о Земле

География

Геодезия

Геоинформатика

Геология

Геоморфология

Геостатистика

Геотехнология

Геофизика

Геохимия

Гидрология

Гидрология суши

Лимнология

Русловедение

Океанология

Гляциология

Землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Картография

Климатология

Кристаллография

Метеорология

Минералогия

Океанография

Палеогеография

Палеоокеанология

Палеоклиматология

Палеонтология

Почвоведение

Петрология и Петрография

Петрофизика

Седиментология

Сейсмология

Стратиграфия

Тектоника

Второй вопрос

Геосферные оболочки Земли

На таких глубинах давление составляет около 30 МПа (300 атм), что позволяет воде присутствовать в жидком состоянии, тогда как пределы жизни ограничены точками перехода ее в пар и сворачивания белков.

Внутреннее строение нашей планеты в виде нескольких геосфер (от греч. geo — земля, sphara — шар) или оболочек изучено относительно мало и преимущественно по данным сейсморазведки, исследующей процессы распространения в Земле искусственно вызванных упругих колебаний. Эксперименты и соответствующие теоретические расчеты позволили создать следующую модель.

Общее строение планеты

В центре Земли имеется внутреннее твердое субъядро радиусом 1250 км , состоящее из вещества плотностью 13 г/см3 (по одной из наиболее распространенных гипотез считают, что такую плотность может иметь только металл).

Вокруг него находится жидкое внешнее ядро радиусом 3450 км, состоящее из расплавленного вещества. Регулярные течения этой высокоэлектропроводнои жидкости, по одной из гипотез, являются причиной существования магнитного поля Земли. Внешнее жидкое и внутреннее твердое ядра в сумме составляют: 16% земного шара (без атмосферы) по объему и 31,5% по массе.

Далее снаружи жидкого ядра следует мантия, распространяющаяся с глубины 2900 км до глубины около 40 км относительно уровня моря на поверхности планеты.

Температура на границе ядра и мантии составляет около 4500 °С, а плотность вещества меняется скачкообразно с 10,1 у ядра до 5,6 т/м3 у мантии. По другим данным температура ядра не меньше 2000 °С и не больше 5000 °С. Мантия составляет 83% объема планеты (без атмосферы) и 67% массы.

Скорость v распространения упругих волн по толщине мантии по мере движения от периферии к центру нарастает неравномерно:

значительно быстрее в верхней части до глубин Z = 900—1000 км и очень медленно на больших глубинах. В связи с этим мантию чаще всего делят на верхнюю и нижнюю, а иногда дополнительно выделяют среднюю мантию.

Снаружи мантии расположена действительно твердая, но очень тонкая (20—40 км) оболочка — кора Земли, составляющая около 1% планеты по объему и 0,5% по массе. При переходе из мантии в кору (поверхность или граница Мохоровичича1 — сокращенно граница Мохо) плотность вещества скачкообразно меняется с 3,2 до 2,9 т/м3.

тмосфера, масса, т   

5,2* 1015

Мировая суша, км 2 :

общая площадь;       

150 * 106

площадь, за исключением территории, занятой ледниками;   

135 * 106

площадь, за исключением территории, занятой ледниками и бесплодными пустынями   

120* 106

Растительность суши (до нарушения человеком) *, т:

живая масса;

6,25*1012

сухая масса   

2,5*1012

Органическое вещество почвенного слоя, т:

лесные подстилки, сухая масса;    

0,2*1012

аккумуляции торфа, сухая масса;

0,5*1012

почвенный гумус, сухая масса;     

2,4*1012

сумма            

3,1*1012

Земная кора, т:

гранитный слой континентального блока;         

8200 * 1015

осадочная оболочка:           

2400 * 1015

глины и глинистые сланцы, %;    

50

пески и песчаники, %;       

21

карбонатные породы, %     

29

Мировой океан:

площадь, км 2 ;        

360 * 106

объём, км 3 ;

1370 * 106

фотосинтезирующие организмы, сухая масса, т;           

3,4 * 109

растворённое органическое вещество, сухая масса, т;  

4110 * 109

растворённые соли (средняя солёность океанической воды 3,5%), т

47,95 * 1015

Мировая суша:

биологический круговорот (продукция фотосинтеза — деструкция отмершего органического вещества) — продукция растительности до её нарушения человеком, сухая масса, т/год;            

172 * 109

круговорот воды, л/год;

испарение с поверхности суши:   

129 * 109

с дренируемой части суши;           

62 * 1015

с бессточной части суши;  

7,5 * 1015

сумма            

69,5 * 1015

Атмосферные осадки, л/год:

на дренируемой части суши, включая 44 * 1015 л/год осадков океанического происхождения (средняя минерализация атмосферных осадков 25 мг/л);

106 * 1015

на бессточной части суши;            

7,5 * 1015

сумма            

114,5 * 1015

Сток воды с суши в океан, включая 3 * 1015сток с ледников, л/год:

44 * 1015

вынос растворимых солей с речным стоком (средняя минерализация воды рек 120 мг/л), т/год;

4,9 * 109

вынос взвесей с речным стоком, т/год    

20,5 * 109

Круговорот пыли, т/год:

поступление пылевых частиц с суши в тропосферу;    

5,8 *109

осаждение пылевых частиц на поверхность суши;       

4,0 * 109

вынос пылевых частиц в океан и область ледников     

1,8 * 109

Мировой океан:

биологический круговорот фотосинтезирующих организмов, сухая масса, т/год;  

110 *109

испарение с поверхности океана, л/год;  

456 *1015

атмосферные осадки на поверхности океана(средняя минерализация атмосферных осадков 10 мг/л), л/год;            

411 * 1015

перенос атмосферных осадков с океана на сушу, л/год            

44 * 1015

Третий вопрос

Гидросфера – водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере. Гидросфера Земли на 94% представлена солеными водами океанов и морей, более 75% всей пресной воды законсервировано в полярных шапках Арктики и Антарктиды

В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % — подземные воды, около 2 % — льды и снега, около 0,02 % — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.

Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу.

Загрязнение водных ресурсов

Наиболее угрожают чистоте водоемов нефтяные масла. Для очистки от нефти требуется улавливание не только  плавающей по поверхности   пленки, но и осаждение нефтяной эмульсии.

Весьма опасны как загрязнители сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Стоки этих предприятий поглощают кислород за счет окисления органических веществ, засоряют воду нерастворимыми веществами и волокнами, придают воде неприятный вкус и запах, изменяют цвет, способствуют развитию грибных обрастаний по дну и берегам. Особенно загрязняют водоемы и губительно отражаются на развитии водных организмов сточные воды разнообразных химических заводов. Сильно загрязняет и засоряет реки молевой сплав леса. Массы плывущего леса наносят рыбе ранения, преграждают путь к нерестилищам, рыба большей частью покидает обычные места нереста. Кора, сучья, ветки засоряют дно водоемов. Из бревен и древесных отходов выделяется в воду смола и другие вредные для рыбного населения продукты.

Источником загрязнения вод во многих случаях являются коммунальные сточные воды (канализация, бани, прачечные, больницы и др.).

Растет численность населения, расширяются старые и появляются новые города. К сожалению, не всегда постройка очистных сооружений успевает за темпами жилищного строительства.

Положение осложняется тем, что за последние годы в составе сточных вод резко увеличилось содержание биологически активных и стойких примесей, таких, как новые виды моющих средств, продуктов органического синтеза, радиоактивных веществ и др.