Строение и процессы космосферы и геосфер

Космосфера

При изучении глобальных геоэкологических процессов, происходящих в системе взаимосвязанных геосфер Земли (литосферы, гидросферы, атмосферы и производной от них биосферы), необходимо учитывать влияние космоса. Приоритет космоса в вопросах взаимодействия с геосферами очевиден, чем он и заслуживает первоочередного рассмотрения.

Космос [гр. kosmos — Вселенная] — пространство со всеми его неоднородностями, простирающееся за пределами земной атмосферы. Различают околоземное, межпланетное, межзвездное и межгалактическое пространство.

Вселенная в широком понимании включает всю систему мироздания, вместе с геосферами Земли. Она возникла из холодной метагалактики. Согласно А. А. Фридману (1922), метагалактика состояла только из вещества. А. А. Гамов (1948) предположил, что она представляла собой излучения. Соответственно утвердились представления о взрывном начале Вселенной (20 млрд лет от современного летоисчисления) и последующем ее разогреве и раздуве или инфляции.

При температуре 10^У2К начался нуклеосинтез ядер водорода, гелия, дейтерия, лития. При Т = 10³/<* произошло отделение вещества от излучения с образованием нейтральных атомов, затем молекул, их сгущения и стабилизации.

Неоднородности Вселенной, обозначившееся в момент ее возникновения, эволюционировали в наблюдаемые ныне галактические структуры.

Галактика — это гравитационно связанные системы множеств звезд, квазаров, черных дыр, газа, пыли, темного вещества и излучений (электромагнитного и корпускулярного), из которых состоит Вселенная. Галактика, включающая солнечную систему, имеет из 2 х Ю¹¹ звезд, образующих спиральные рукава, диск, центральное утолщение и корону (рис. 1.1).

Солнечная система образовалась более 10 млрд лет от начала Вселенной. Находясь в зоне коротации между рукавами Персея и Стрельца, в 10 кпк км от центра Галактики, она движется в сторону рукава Персея со скоростью 220 км/с; период ее обращения (галактический год) — 250 млн лет. Зона коротации связана с пересечением двух электромагнитных и струйно-вещественных спиралей различной кривизны, начинающихся непосредственно у ядра галактики.

Видимая в ночном небе боковая часть диска с миллиардами звезд формирует систему, называемую Млечный Путь. Его образование относят к периоду 3—4 млрд лет от начала Вселенной.

Рис. 1.1. Галактическая орбита Солнечной системы

Для понимания солнечно-земных связей и обусловленных ими гелиобиологических процессов, влияющих на земную биоту, рассмотрим схему строения Солнца (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема строения Солнца

По публикации О. П. Иванова [14], в центральной части Солнца происходят ядерные реакции по превращению водорода в гелий. Выделенная энергия переносится в виде жесткого и электромагнитного излучений. При этом быстро уменьшаются температура, давление и плотность, а также средняя энергия фотонов через зону лучистой энергии. В верхней части функционируют крупноячеистая конвекция, фотосфера с температурой, близкой 6000К, и корона с температурой, достигающей 1 млн К. На рентгеновских снимках фотосфера и хромосфера темные, видна только корона, состоящая из ионизированных газов.

Корона подразделяется на внешнюю и внутреннюю. Внешние части короны не в состоянии удерживаться гравитационным полем Солнца и рассеиваются в окружающее пространство в виде солнечного ветра со скоростью 250—400 км/с. Масса Солнца 1,989 • 10³³г, что составляет более 99% массы всей Солнечной системы. Каждую секунду его масса уменьшается на 4 млн т за счет различных видов излучений — светового, теплового, радиоволнового, рентгеновского и др.

Основным источником межпланетных возмущений являются солнечные вспышки, широко известные как солнечные бури. Возникающая ударная волна заряженных частиц через 40—50 ч достигает орбиты Земли и резко сжимает магнитосферу, вызывая ионосферные возмущения.

Во время вспышек скорость солнечного ветра достигает 800 км/с, а плотность 10² частиц на 1 см/с на орбите Земли. Полная мощность солнечного ветра, приходящаяся на магнитосферу Земли, составляет 10¹⁰ кВт, а температура приблизительно 10⁵К.

Солнечная активность определяется числом пятен, появляющихся на солнце. Солнечные пятна — 10—20 тыс. км имеют пониженную яркость и температуру 4500К. Продолжительность их существования — от нескольких часов до месяцев. Самые сильные магнитные поля наблюдаются в наиболее темных круглых тенях солнечных пятен.

Период галактического года и особенности галактической орбиты Солнца (ундуляции) коррелируют с ритмикой земных событий: геологических (вулканизм и тектоника), биологических (массовое вымирание биоты) и космических (кометноастероидное кратерирование). Вблизи групп солнечных пятен наблюдаются вспышки, отражающие быстрое повышение яркости небольших участков, вызванное взрывообразным и сильно сконцентрированным освобождением энергии.