Ziemia, żyjąca planeta

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 1

ZIEMIA ŻYJĄCA PLANETA

Slide 3

WYTWARZANIE ENERGII SŁONECZNEJ Słońce zbudowane jest głównie z dwóch najlżejszych pierwiastków chemicznych: wodoru i helu. Głęboko w jego wnętrzu bardzo wysoka temperatura nie pozwala tworzyć się innym pierwiastkom. Jadra atomowe i elektrony są wymieszane. W ogromnych temperaturach wnętrza Słońca cząstki tworzące atomy poruszają się z wielkimi prędkościami i często zderzają się. Zazwyczaj nic się wtedy nie dzieje. Czasem jednak dwa protony zderzą się dostatecznie mocno, by zlepić się i zmienić w parę proton-neutron. Produktem zderzenia są wtedy dwie inne cząstki: neutrino, które nie ma masy ani ładunku elektrycznego, ale unosi energię oraz pozyton - cząstka podobna do elektronu, ale z dodatnim ładunkiem elektrycznym. Para proton-neutron może się następnie połączyć z kolejnym protonem i utworzyć jądro lekkiego helu, które ma tylko jeden neutron zamiast, jak zazwyczaj, dwu. W końcu dwa jądra lekkiego helu mogą się spotkać i utworzyć stabilne jądro helu. Dwa uwolnione protony uciekają. Tak więc, Słońce może sklejać cztery protony w jedno jądro helu i w tym procesie wytwarzać ogromne ilości energii. Masa czterech protonów jest nieco większa - około 0,5 - od masy helowego jądra. To właśnie ona przemienia się w energię.

Slide 4

Światło słoneczne Każdy metr kwadratowy powierzchni Słońca wypromieniowuje w ciągu sekundy w przestrzeń 62,86x10 do 6 potęgi J energii, cała powierzchnia Słońca 3,826x10 do 26 potęgi J energii. Z tego do Ziemi dociera w każdej sekundzie 2x10 do 17 potęgi J, co odpowiada 200x10 do 12 potęgi kW. Prawie polowa dochodzącej energii ulega odbiciu, rozproszeniu i pochłonięciu w atmosferze ziemskiej.

Slide 5

GRAWITACJA Grawitacja nazywana czasami ciążeniem powszechnym to jedno z czterech oddziaływań podstawowych wyróżnianych przez fizykę. Oddziaływanie grawitacyjne jest zależne od masy posiadanej przez poszczególne ciała i od odległości między nimi.

Slide 7

Oddziaływanie grawitacyjne jest dużo słabsze niż oddziaływanie elektromagnetyczne, czy słabe albo silne w skalach odległości z którymi mamy do czynienia na co dzień. Jednak ciążenie jako jedyne może wpływać na ciała bardzo od siebie oddalone. Grawitacja jest oddziaływaniem, które sprawia, że obiekty astronomiczne tworzą się z rozrzedzonych obłoków gazu wypełniających Wszechświat. Ciążenie powoduje zapadanie się tych struktur i powstawanie galaktyk, gwiazd i planet.

Slide 8

W codziennym życiu ciążenie objawia się nam w postaci przyspieszenia ziemskiego. Jabłka oraz inne przedmioty spadają, bo działa na nie grawitacja. W skali astronomicznej ciążenie wyjaśnia, dlaczego planety krążą wokół Słońca, a Księżyc dookoła Ziemi. Grawitacja zawsze powoduje przyciąganie, a nigdy odpychanie. Grawitacja może utrzymać w równowadze tak burzliwe procesy jak reakcje termojądrowe w jądrze Słońca. W szczególnym przypadku ciążenie może spowodować zapadanie się gwiazd i powstawanie czarnych dziur.

Slide 9

Najnowsze pomiary kosmologiczne wskazują (Perlmutter i in. 1999, Astier i in. 2006), że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Dlatego stawiane są hipotezy o oddziaływaniu odpychającym, które mogłoby być silniejsze od przyciągania grawitacyjnego obiektów astronomicznych. Nie wiadomo jednak, jakie mogłyby być źródła takiego oddziaływania, ani jaki dokładnie miałoby charakter. Zjawisko zyskało miano ogólne ciemnej energii, a opisywane jest poprzez kwintesencję.

Slide 10

Na Księżycu brak atmosfery powoduje, że wszystkie ciała spadają z takim samym przyspieszeniem. Podczas lotów programu Apollo astronauci przeprowadzili pokazy ze zrzucaniem różnych przedmiotów, które transmitowała telewizja. Brak atmosfery hamującej ruch pojazdu powoduje, że lądowanie na Srebrnym Globie wymaga dużych ilości paliwa rakietowego. Spadochrony w próżni nie są skuteczne.

Slide 11

Spadający człowiek porusza się z przyspieszeniem ziemskim tylko przez kilka sekund. Potem opór powietrza staje się na tyle znaczący, że równoważy siłę grawitacji. Punkt równowagi odpowiada zwykle 200 kmh. Spadochron zwiększa siłę oporu powietrza i prędkość odpadania stabilizuje się na dużo mniejszej wartości.

Slide 12

ATMOSFERA ZIEMSKA

Slide 13

Gazowa powłoka otaczająca planetę posiadającą masę wystarczającą do utrzymywania wokół siebie warstwy gazów, w wyniku działania grawitacji. Obecność atmosfery stanowi warunek istnienia życia na naszej planecie. Gdy Ziemia była młoda, atmosfera składała się głównie z trujących gazów. Rośliny wydalające tlen w procesie fotosyntezy sprawiły, że nastąpiła zmiana składu atmosfery, umożliwiająca życie zwierząt i ludzi. Znaczne ilości tlenu wytwarzają lasy deszczowe, gdzie pokrywa roślinna jest wyjątkowo gęsta. Fotosynteza wykształciła się później, i jej produkt uboczny tlen spowodował gwałtowną zmianę charakteru atmosfery z redukującej na znaną obecnie utleniającą. Utleniająca atmosfera spowodowała rozpowszechnienie się oddychających tlenowo organizmów. Tlenowcami są m.in. zwierzęta i rośliny. Współcześnie organizmy beztlenowe są rzadkie w porównaniu do tych dwóch grup.

Slide 14

Atmosfera ziemska jest niejednorodną powłoką złożoną z mieszaniny gazów zwanej powietrzem. Oprócz gazów takich jak: azot (78,09 objętości powietrza), tlen (20,95), argon (0,93), dwutlenek węgla (0,0333) oraz śladowych ilości gazów szlachetnych (hel, neon, krypton i ksenon), zawiera także metan, wodór, tlenek i podtlenek azotu, ozon i związki siarki oraz (w znacznie mniejszych ilościach) m.in. radon i jego izotopy, jod, amoniak, a także przedostające się do atmosfery tzw. aerozole atmosferyczne, tj. pyły gleb, mikroorganizmy oraz substancje powstające w wyniku działalności gospodarczej człowieka. troposfera (do ok. 12 km) Strefa leżąca nad powierzchnią Ziemi, najcieńsza, ale też najgęstsza z wszystkich warstw, skupiająca ponad połowę powietrza atmosferycznego. Warunki w troposferze, takie jak odpowiedni skład chemiczny oraz duże ciśnienie i gęstość powietrza, dostatecznie wysoka temperatura i niemożliwość dotarcia zabójczego promieniowania jonizującego z kosmosu stwarza doskonałe warunki do rozwoju życia.

Slide 15

Życie przybyło na Ziemię z kosmosu w postaci unoszących się w przestrzeni kosmicznej przetrwalników bakterii. Wiemy, że przetrwalniki potrafią przetrwać w bardzo rozrzedzonej atmosferze na wysokości kilkudziesięciu kilometrów, i że dość niewielkie ilości skały w bardzo dużym stopniu ograniczają negatywne skutki występującego w przestrzeni kosmicznej promieniowania na ich kod genetyczny. Tak więc mogłyby one teoretycznie przenosić się np. w meteorytach i ożywić w korzystnych warunkach na innej planecie. Grubość naszej atmosfery określają dwa przeciwstawne czynniki: Energia kinetyczna cząsteczek sprzyjające rozprzestrzenianiu się gazu, oraz grawitacja, przyciągająca gaz jak najbliżej Ziemi. Gdyby w jakiś sposób grawitacja ziemska została wyłączona, cząsteczki powietrza rozproszyłyby się i zniknęły w przestworzu. Można sobie wyobrazić sytuację odwrotną: Grawitacja istnieje, ale prędkość cząsteczek jest zbyt mała, by mogły one tworzyć gaz. Wtedy nasz atmosfera zamieniłaby się w ciecz albo nawet w zestaloną warstwę ciała stałego, pokrywającą ziemię. Nie byłoby czym oddychać, również w tym przypadku nie byłoby atmosfery w ogóle. Na szczęście nasza atmosfera powstała w wyniku swoistego kompromisu pomiędzy skłonnymi do ucieczki szybkimi cząsteczkami a grawitacją ściągającą w przeciwną stronę . Gdyby nie ciepło docierające ze Słońca, cząsteczki powietrza leżałyby na powierzchni ziemi niczym ziarna kukurydzy na dnie maszynki do prażenia. Jeśli ziarna zostaną podgrzane, to zaczną poruszać się ku górze; podobnie dzieje się z podgrzanym powietrzem.

Slide 16

WODA ŻYCIODAJNA SUBSTANCJA

Slide 17

Woda jest jedną z najważniejszych substancji naturalnych na Ziemi, bez niej nie mogło by istnieć żadne życie. Woda życiodajna substancja - bezbarwna, bezwonna, pozbawiona smaku i kalorii jest niezbędna do życia wszystkim organizmom na ziemi Gdyby jej nie było, nie istniałoby życie. To właśnie odróżnia naszą planetę od innych planet z Układu Słonecznego. Możemy podzielić wszystkie siły działające na ziemskie wody na kilka kategorii : siły grawitacji siły termodynamiczne (związane z, ogrzewaniem i ochładzaniem, opadami, parowaniem.) siły mechaniczne (naprężenie wiatru, zmiany ciśnienia atmosferycznego, ruchy sejsmiczne...) siły wewnętrzne (ciśnienie i lepkość)

Slide 18

Woda jest na Ziemi bardzo rozpowszechniona. Występuje głównie w oceanach, które pokrywają 70,8 jej powierzchni, ale także w rzekach, jeziorach i w postaci stałej w lodowcach. Część wody znajduje się pod powierzchnią ziemi lub w atmosferze (chmury, para wodna). Właściwości fizyczne wody Temperatura topnienia pod ciśnieniem 1 atm: 0 C 273,152519 K Temperatura wrzenia pod ciśnieniem 1 atm: 99,97 C 373,12 K Punkt potrójny 0,01 C 273,16 K, 611,657 Pa Gęstość w temperaturze 3,98 C: 1 kgl (gęstość maksymalna). Temperatura krytyczna: 374 C 647,15 K Ciśnienie krytyczne: 220,6 atm 22,35 MPa Ciepło właściwe: 4187 J(kgK) 1 kcal Masa cząsteczkowa: 18,01524 Da Woda, czyli tlenek wodoru to związek chemiczny o wzorze H2O, występujący w warunkach standardowych(pokojowych) w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określamy mianem pary wodnej, a w stałym stanie skupienia - lodem Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla substancji polarnych. Większość występującej w przyrodzie wody jest słona (około 97,38), tzn. zawiera dużo rozpuszczonych soli, głównie chlorku sodu. W wodzie rozpuszczonych jest też wiele gazów, najwięcej dwutlenku węgla.

Slide 19

Do określenia wieku bezwzględnego wykorzystuję się właściwości pierwiastków promieniotwórczych. Na podstawie badań rozpadu pierwiastków promieniotwórczych określono czas powstania globu ziemskiego na około 4,6 miliarda lat temu. Warunki na powierzchni były wówczas wyjątkowo niesprzyjające życiu, ponieważ Ziemię bombardowały z Kosmosu pozostałości materii protoplanetarnej. To sterylizowało Ziemię aż do ustania kosmicznego bombardowania, co nastąpiło około 3900 milionów lat temu.

Slide 20

Po około 50 milionach lat pojawiły się pierwsze żywe organizmy w pradawnych oceanach, które pokrywały wówczas większość powierzchni Ziemi. Dowody na to istnieją w najstarszych skałach, w których znajdujemy substancje, które mogły powstać jedynie jako produkt procesów biologicznych. Zdumiewającym faktem jest krótki (w skali kosmologicznej) okres czasu od ustania bombardowania, jaki wystarczył, aby mogło wyłonić się życie.

Slide 21

Najstarsze skamieliny organizmów żywych pochodzą sprzed 3600 milionów lat, starsze, bowiem zostały zniszczone przez procesy geologiczne. Ważnymi współczesnymi skamielinami są pozostałości stromatolitów, które były koloniami organizmów jednokomórkowych. Wszelkie organizmy żywe w tamtych czasach były jednokomórkowe. Nowy typ komórek pojawił się 2000-2500 milionów lat temu. Była to komórka eukariotyczna, która wyróżniła się posiadaniem jądra komórkowego. Stanowi ona podstawę organizmów wielokomórkowych, chociaż one same pojawiły się znacznie później, około 700 milionów lat temu. Życie wypełzło z oceanów na lądy zaledwie przed 450 milionami lat.

Slide 22

Ewolucja życia na Ziemi:

Slide 23

Ziemskie pole magnetyczne - pole magnetyczne występujące naturalnie wokół Ziemi. Odpowiada ono w przybliżeniu polu magnesu sztabkowego z jednym biegunem magnetycznym w pobliżu geograficznego bieguna północnego i z drugim biegunem magnetycznym w pobliżu bieguna południowego. Linia łącząca bieguny magnetyczne tworzy z osią obrotu Ziemi kąt 11,3. Pole magnetyczne rozciąga się na kilkadziesiąt tysięcy kilometrów od Ziemi, a obszar, w którym ono występuje nazywa się ziemską magnetosferą.

Slide 24

Źródłem ziemskiego magnetyzmu są prawdopodobnie prądy, które płyną w stopionym jądrze naszej planety. Z ukierunkowania domen magnetycznych starych skał i minerałów można odczytać, jak zmieniało się pole magnetyczne na przestrzeni wieków. Okazuje się, bowiem, że bieguny ziemskiego pola magnetycznego cyklicznie zamieniały się miejscami - południowy przechodził na miejsce północnego i na odwrót. W czasie takiej zamiany ziemskie pole magnetyczne wariowało, m.in. zanikały wtedy oba bieguny magnetyczne. Ostatnie odwrócenie biegunów nastąpiło ok. 180 tys. lat temu, a magnetyczny chaos z tym związany trwał kilka tysięcy lat.

Slide 25

Pole magnetyczne cały czas zmienia się. Przy czym wyróżnia się składową zmienną, oraz wartość uśrednioną zwaną stałe pole magnetyczne. Stałe pole magnetyczne ulega też powolnej zmianie, słabnie eksponencjalnie z czasem połowicznego zaniku w przybliżeniu równym 1400 lat. Obecnie jest 10-15 słabsze niż 150 lat temu.

Slide 26

Wszechświat to siedlisko pędzących naładowanych cząstek. Są to głównie protony i inne jądra atomowe; nazywamy je promieniami kosmicznymi. Protony mogą być pozostałościami po Wielkim Wybuchu, jądra cięższe prawdopodobnie wyparowały ochronnego eksplodujących gwiazd. Niezależnie od swego pochodzenia, promienie kosmiczne pędzą ochronnego zawrotnymi szybkościami ochronnego stanowią poważne niebezpieczeństwo dla kosmonautów. Na szczęście dla stałych mieszkańców Ziemi, zdecydowana większość tych promieni jest odchylana przez pole magnetyczne Ziemi ochronnego nie dociera do jej powierzchni. Część z nich zostaje wychwycona ochronnego uwięziona w zewnętrznych obszarach atmosfery, gdzie tworzą tzw. Pasy radiacyjne Van Allena.

Slide 27

Tak wygląda pole magnetyczne Ziemi

Slide 28

Mimo ochronnego charakteru pola magnetycznego Ziemi wiele cząstek promieniowania kosmicznego dociera jednak do jej powierzchni. Bombardowanie cząstek kosmicznych jest najsilniejsze w pobliżu biegunów, gdyż w tych obszarach cząstki nie poruszają się w poprzek pola, lecz wzdłuż pola, i dlatego ich tory nie są zakrzywiane. W miarę oddalania się od biegunów działanie promieni kosmicznych staje się słabsze i osiąga najmniejszą wartość na równiku