Источник энергии и возраст Земли

Источники энергии и  возраст Земли.

Каков возраст Земли, и  как он был определен? 
Возраст нашей планеты по различным источникам колеблется между 6000 лет и 4,6 млрд. лет.  Согласно Библии, Адам, первый человек, был создан на шестой день существования планеты Земля. На основании записанной в пятой и одиннадцатой главах Бытия генеалогии Адама и всех его потомков, вплоть до Авраама, которые составляют единую родовую линию, можно вычислить возраст нашей планеты. Определив, где хронологически находился Авраам в истории, и добавив периоды времени, описываемые в Бытие, становится ясно, что нашей Земле около 6 000 лет, плюс минус несколько веков.  На счет наиболее популярного предположения, о том, что Земле около 4.6 млрд. лет, принимаемого большинством ученых и изучаемого в самых солидных мировых институтах? Этот возраст был определен двумя основными методами: радиометрическим и геологическим датированием.

С момента её формирования на нашей  планете постоянно происходят биологические  и геологические изменения. Организмы  непрерывно развиваются, принимают новые формы или вымирают в ответ на постоянно меняющуюся планету. Процесс тектоники плит играет важную роль в формировании океанов и континентов Земли, а также жизни, которой они дают убежище. Биосфера, в свою очередь, оказала значительное влияние на атмосферу и другие абиотические условия на планете, такие, как образование озонового слоя, распространение кислорода, а также создание почвы. Хотя люди не способны воспринимать это в связи с их относительно коротким периодом жизни, эти изменения продолжаются и будут продолжаться в течение следующих нескольких миллиардов лет.

Возобновляемыми энергоресурсами  называют целую гамму энергетических ресурсов, основной характеристикой  которых является то, что они постоянно  возобновляются, не смотря на их использование. Кроме энергии приливов и отливов, все возобновляющиеся энергоресурсы  получают подпитку от солнца - практически  единственного источника энергии  на нашей планете.

Структура нашей планеты достаточно сложная включает литосферу, гидросферу и атмосферу, из которых каждая обладает специфическими качествами и по разному реагирует на воздействие солнечной радиации. Наряду с неравномерным распределением солнечного света по земной поверхности всё это вызывает разницу в давлении, температуре, химическом потенциале и уровня солености воды. Эти различия, поддерживаемые солнечным излучением, и есть потенциальные источники энергии. В естественных условиях эти различия постепенно сглаживаются вследствие необратимого рассеивания, и какая-то определенная часть энергии, в конечном счете, уходит в космос.

Использование возобновляющихся источников энергии, по сути, есть вмешательство  в процесс распределения солнечной  энергии и использование этой энергии на нужды человека. К счастью  в большинстве случаев между  поглощением солнечной энергии  тем или иным объектом и её выделением в космос в виде инфракрасных излучений  проходит достаточно много времени. Это дает возможность воспользоваться  выше упомянутой энергией.

Так как Земля находится в  среднем на расстоянии 150 млн. км от Солнца, только малая часть радиации, зависящая от угла падения, попадает на Землю. Однако даже это количество оказывается достаточно большим  и поддерживает практически все  процессы, происходящие на Земле, включая  жизнь.

Конкретное количество энергии  солнечного излучения, а именно количество солнечной энергии, поступающей  за 1 сек на поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно солнечным лучам за пределами земной атмосферы, так называемая солнечная постоянная, составляет около 1340 Вт/м2. Общее количество солнечного излучения, попадающего на Землю составляет около 180Ч1015 Вт, в то время как в год это составляет 60Ч1023 Дж. Это в 15 тысяч раз больше, чем потребляемая человечеством энергия за год (около 4Ч1010 Дж в год).

Но не всё излучение достигает  Земли как написано выше. Примерное  разделение входящей радиации показано на рисунке. Вся энергия, пребывающая  на Землю, за исключением малой части, возвращается в космос. Однако между  поступлением энергетического потока и его возвращения в космос может существовать определенный временной  промежуток, возникающей вследствие ряда преобразований солнечной энергии. Часть этой энергии, как показано на рисунке, мгновенно отражается обратно  в космос облаками. Значительная часть  энергии, достигшая поверхности  земли, затрачивается на испарение  воды. Испарившаяся вода поступает  в атмосферу и через какое-то время возвращается в виде дождя, росы и снега, что в свою очередь  вызывает к жизни речные потоки. Энергия этих потоков в конечном итоге рассеивается. Другая часть  энергии поглощается сушей, океанами, морями и атмосферой.

Это поглощение не постоянно от места  к месту в течение дня и  ночи, что вызывает ветер, океанские  течения, приводит к разнице температур между сушей и морем и т.д. И опять же, с течением времени  эти потоки теряют свою энергию из-за трения, температурного распределение  уравнивается в процессе теплообмена  и конвекции, и запас относительной  энергии рассеивается.

Достаточно малая часть солнечного излучения (менее 0,1%, не показанного  на рисунке) тратится на фотосинтез наземными  и водными растениями. Этот запас  энергии хранится в тканях растений и возвращается обратно в ходе естественных процессов после их смерти.

Первичная атмосфера Земли  и химические предпосылки возникновения  жизни.

Большинство современных специалистов убеждены, что возникновение жизни в условиях первичной Земли есть естественный результат эволюции материи. Это убеждение основано на доказанном единстве химической основы жизни, построенной из нескольких простых и самых распространенных во Вселенной атомов.  
 
Исключительное морфологическое разнообразие жизни (микроорганизмы, растения, животные) осуществляется на достаточно единообразной биохимической основе: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и несколько более редких соединений типа фосфатов.  
 
Основные химические элементы, из которых построена жизнь, - это углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной элементы, что обусловлено самой природой этих элементов. Например, атомы водорода, углерода, «кислорода и азота имеют небольшие размеры и способны образовывать устойчивые соединения с двух и трехкратными связями, что повышает их реакционную способность. Образование сложных полимеров, без которых возникновение и развитие жизни вообще невозможны, связано со специфическими.  
 
Другие два биогенных элемента -сера и фосфор - присутствуют в относительно малых количествах, но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов также дают возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор - составная часть нуклеиновых кислот.  
 
Кроме этих шести основных химических элементов в построении организмов в малых количествах участвуют натрий, калий, магний, кальций, хлор, а также микроэлементы: железо, марганец, кобальт, медь, цинк и небольшие следы алюминия, бора, ванадия, йода и молибдена; следует отметить и некоторые исключительно редкие атомы, которые встречаются случайно и в ничтожных количествах.  
 
Следовательно, химическая основа жизни разнообразится еще 15 химическими элементами, которые вместе с шестью основными биогенными элементами участвуют в различных соотношениях в строении и осуществлении функций живых организмов. Этот факт особенно показателен в двух отношениях: 1) как доказательство единства происхождения жизни и 2) в том, что сама жизнь, являющаяся результатом самоорганизации материи, включила в эволюцию биологических макромолекул не только все самые распространенные элементы, но и все атомы, которые особенно пригодны для осуществления жизненных функций (например, фосфор, железо, йод и др.). Как отмечает советский ученый М. Камшилов, «для осуществления функций жизни важны химические свойства ее атомов, к которым, в частности, относятся квантовые особенности». Не только структура, обмен веществ, но даже и механические действия живых организмов зависят от составляющих их молекул. Это, однако, не означает, что жизнь может быть сведена просто к химическим закономерностям.  
 
Жизнь - одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее особенно характерны обмен веществ и воспроизведение, а особенности более высоких уровней ее организации обусловлены строением более низких уровней.  
 
Современная теория происхождения жизни основана на идее о том, что биологические молекулы могли возникнуть в далеком геологическом прошлом неорганическим путем. Сложную химическую эволюцию обычно выражают следующей обобщенной схемой: атомы ? простые соединения ? простые биоорганические соединения ? макромолекулы ? организованные системы. Начало этой эволюции положено нуклеосинтезом в Солнечной системе, когда образовались основные элементы, в том числе и биогенные. Начальное состояние -нуклеосинтез -быстро переходит в процесс образования химических соединений. Этот процесс протекает в условиях первичной Земли со все нарастающей сложностью, обусловленной общекосмическими и конкретными планетарными предпосылками.  
 
Первое необходимое условие имеет общекосмический характер. Оно связано с единой химической основой Вселенной. Жизнь развивается на этой единой основе, отражающей как количественные, так и качественные особенности отдельных химических элементов. Это допущение приводит к заключению, что на любой планете во Вселенной, которая похожа на нашу по массе и расположению относительно центральной звезды, может возникнуть жизнь. Согласно представлениям видного американского астронома X. Шепли, во Вселенной имеется 108 космических тел (планет или звезд-лилипутов), на которых может возникнуть и существовать жизнь.  
 
Главное условие возникновения жизни имеет планетарную причину и определяется массой планеты. Такое утверждение, быть может, имеет несколько геоцентрический и антропоцентрический характер, но жизнь, подобная земной, могла возникнуть и развиться на планете, масса которой имеет строго определенную величину. Если масса планеты больше чем 1/20 массы Солнца, на ней начинаются интенсивные ядерные реакции, что повышает ее температуру и она светится, как звезда. Таковы планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Планеты с малой массой (Меркурий) имеют слабое гравитационное поле и не могут продолжительное время удерживать атмосферу, которая необходима для развития жизни. Здесь интересно отметить, что по ряду подсчетов Земля приобрела 80% своей массы в первые 100 млн. лет своего существования.  
 
Из планет Солнечной системы кроме Земли подходящую массу имеют Венера и Марс, но там отсутствуют другие условия. По мнению советского астрофизика В. Г. Фесенкова, во Вселенной 1% планет имеет подходящую массу.  
 
Особенно важной предпосылкой возникновения и развития жизни является относительно постоянная и оптимальная радиация, получаемая планетой от центральной звезды. Обычно оптимальную радиацию получают планеты имеющие орбиту, близкую к круговой, и подвергающиеся поэтому относительно постоянному облучению.  
 
Обязательным условием возникновения жизни является наличие воды. Парадоксально, что, хотя вода - чуть ли не самая распространенная молекула во Вселенной, поразительно мало планет имеют гидросферу: в нашей Солнечной системе только Земля имеет гидросферу, а на Марсе имеется лишь незначительное количество воды.  
 
Значение воды для жизни исключительно. Это обусловлено ее специфическими термическими особенностями: огромной теплоемкостью, слабой теплопроводностью, расширением при замерзании, хорошими свойствами как растворителя и др. Эти особенности обусловливают круговорот воды в природе, который играет исключительную роль в геологической истории Земли. 
 
Из сказанного выше можно сделать следующий вывод: возникновение жизни на Земле есть часть общей эволюции материи во Вселенной, а не некий сверхъестественный акт. Налицо были исходные органические соединения, оптимальная масса Земли, оптимальная солнечная радиация, наличие гидросферы. В этих условиях эволюция материи с высокой степенью вероятности осуществляется по пути возникновения жизни.  
 
За последние 20 лет были получены интересные сведения о наличии органических соединений во Вселенной. Источники этих сведений естественные посланцы космоса на Землю, метеориты.  
 
Все ранее рождавшиеся теории идеалистов, сторонников религиозных течений и даже материалистов были несостоятельными и до конца необоснованными из-за нехватки знаний тогдашних ученых.  
 
И только с наступлением капитализма, который отличался прогрессом в науке и технике, когда был накоплен большой научный потенциал, стали зарождаться научно обоснованные теории о происхождении жизни на земле.