Гл. 10. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОДИНАМИКИ

Из многочисленных физических проблем, влияющих на экологические условия жизнедеятельности на Земле, особое внимание привлекают вопросы атаки Земли астероидами и различные волновые процессы, включающие электромагнитные и акустические.

1. Космические ударные явления

В Солнечной системе, кроме крупных планет, существует великое множество более мелких космических тел. К ним относятся астероиды, кометы и метеороиды. В настоящее время активно обсуждается проблема астероидной опасности для Земли, в связи с возможностью падения относительно крупных космических тел и с вероятными регионально-глобальными катастрофическими последствиями этого. Почти сто лет не утихает дискуссия о тунгусском "метеорите", приведшем в 1908 г. к огромному "вывалу" сибирской тайги на площади 2000 км², но достоверного кратера от подобного столкновения небесного тела с Землей так и не нашли.

Каждый день в атмосферу Земли проникает не менее 70 млн космических тел различного облика и состава. Все они состоят из тех же химических элементов, которые известны на Земле. И подразделяются на железные (с плотностью 7,6 г/см³), каменные (d=3,5 г/см³) и рыхло-каменные (d=2,2 г/см³). Причем, каменные метеориты составляют 93% падений на Землю. Мировые коллекции метеоров и метеоритов насчитывают сейчас свыше 2 тыс. видов метеоритов. В состав комет, помимо твердого вещества, входят замершие газы CN, C₂, C₃, CH, OH, NH, CO, CO₂, N₂ и им подобные. Часто фиксируются яркие впышки в атмосфере Земли на высоте 20-40 км. Наблюдается явление метеорного дождя или метеорного потока, возникающих из-за ионизации атмосферы вдоль траекторий полета метеороидов. Известно более 20 ежегодных метеорных потоков с часовым числом от 20 до 140 метеоров.

Метеориты увеличивают массу Земли за год примерно на 10⁷ т.

Но это приводит к ее увеличению едва на 4×10^-6 % за 1 млрд. лет.

Нельзя забывать и об опасности метеорных частиц для космических аппаратов.

Метероиды влетают в атмосферу Земли с метеорными скоростями от 11,2 до 74 км/с, но поверхности Земли из них достигают вероятно не более 1%. Скорость вращения Земли вокруг Солнца составляет 29,8 км/с (орбитальная скорость). Поэтому нижние значения метеорных скоростей характерны для метеоритов "догоняющих" Землю и максимальные - для тел встречающих ее с параболической скоростью со стороны апекса - пункта, указывающего направление движения Земли вокруг Солнца.

Угол входа метеорных тел изменяется от очень острых до практически отвесных.

Торможение метероида следует рассматривать как растянутый во времени "удар" об атмосферу. При этом метероид тормозится сжимаемым газом на его пути. Затрачиваемая при этом работа приводит к потере кинетической энергии метеороида. Она гасится с высотой по экспоненциальному закону

K_e=mv²/2,

где К_е - начальная кинетическая энергия метероида при подлете к планете.

В точке максимального торможения, отвечающей точке максимальной потери кинетической энергии, остается лишь 37% начальной энергии метеороида.

"Прошивают" атмосферу обычно космические тела диаметром >10 м. Большие метеороиды часто дробятся в атмосфере на рой фрагментов и рассыпаются затем под влиянием "теплового удара" до пылевидного состояния.

В момент удара о поверхность Земли давление на породы мишени достигает нескольких гигапаскалей, а температура достигает десятков тысяч градусов. Но, в отдельных случаях скорость соударения может быть близкой к нулю. Тогда ни кратера, ни лунки не образуется. Таким, вероятно, является железный метеорит Хоба весом около 60 т, лежащий на поверхности земли в Намибии.

В других случаях суммарная энергия, реализуемая в процессе соударения может достигать 10¹⁹-10²³ Дж.

Моментальное ударное сжатие вслед за этим сменяется разряжением, дроблением пород мишени и адиабатическим охлаждением вещества. Послеударная температура в точке удара может составлять 10000-15000°С. В кратере возникает зона испарения вещества, сменяемая во вне зонами плавления и дробления. Импактный процесс, начинаясь как удар, заканчивается как взрыв, причем в чрезвычайно ограниченном диапазоне времени. Образование воронки занимает секунды, модификация ее - сложный и очень длительный процесс (до млн лет).

Сравнение поверхности Земли с другими планетами свидетельствует об относительно незначительном воздействии на нее астероидов (по отношению к Луне, Меркурию и др.). Но пренебрегать этим нельзя. От ударов крупных метеоритов образуются "звездные раны" – астроблемы. Это кратеры размером от 10-30 м до 340 км.

В 1998 г. количество известных на Земле астроблем составило более 200, в том числе в России свыше 20. Эти кратеры имеют различный возраст (табл. 10.1).

Таблица 10.1