Биогенді элементтер

78

Бөлім – 1 Жер-тірі материяның тіршілік ету орны

Лекция 1

Тақырыбы : Жер-тірі материяның  тіршілік ету орны.

Мақсаты: Жер плантасның химиялық құрамы, оның күн жүйесіндегі алатын орнын түсіндіру

1 Жер планетасы Күн жүйесінің  құрамына кіретін планеталар қатарында.

2        Жер планетасының химиялық құрамы.

3        Жер планетасында болатын химиялық элементтер формалары.

Лекцияның қысқаша мазмұны.

Жер – сан жеткізгісіз көптеген космостық объектілермен әрекеттес жалпы заңдарға бағынатын шексіз тұрақсыз Әлем дүниесінің бөлігі. Жерді тұтастай немесе оның қабығын жекелей зерттеу, оның әлем дүниесіндегі орнын қарастырмай, космостың әсерінің есебінсіз зерттеу мүмкін емес.

Жерден қазіргі радио және оптикалық телескоптардың көмегімен Әлемнің дүниесінің Жерден Күнге дейінгі аралықтан үш жүз мың миллиард есе көп қашық бөлігі байқалады. Егер бізге Әлемнің «көрінетін» Метагалактика деп аталатын бөлегі бойынша болжайтын болсақ, Әлем негізінен сутек (80%) және гелийден (18%), ағзадан басқа да элементтердің қатысуынан тұрады.

Әлемнің негізгі зат массасы (98%) жұлдыздарда және ол ионданған ыстық газдан – плазмадан тұрады.

Метагалактикада 1021-ден астам жұлдыздар бар. Көптеген жұлдыздарда, планеталық система болуы мүмкін деп болжанады. Алайда, планеталардағы Әлемнің жалпы зат массасы өте аз, ол 0,1%-ке де жетпеуі ықтимал.

Жұлдыз аралық кеңістік ерекше сирек газ, ұсақ шаң-тозаңдармен толы, олар кейбір жерлерде соншалық үлкен «бұлттар» - газды және тозаңды тұмандықтар түзеді.

Жұлдызаралық кеңістіктің барлық бағыттарында зарядталған бөлшектердің – космостық сәулелердің қатты ағыны байқалады. Әлемде гравитациялық,  магниттік және электр күштері өрістері бар, олар космостық объектілерді бір жерге байланыстырады. Әлемдегінің барлығы да қозғалыста болады.

Күн системасы.

Күн системасы – Галактиканы құрайтын мөлшері және күрделілігі жағынан әр түрлі көптеген системалардың бірі. Ол Галактика орталығынан 10000 п жуық галактикалық жазықтықтың солтүстігіне 25 п қашықтықта орналасқан. Оған ең жақын орналасқаны Проксима Центавра (шоқжұлдыз) жұлдызы, ол 1,31 п қашықтықта жатыр. Күн системасының орталық денесі – Күн ол оның құрамындағы жалғыз жұлдыз. Онда системаның барлық массасының 99,86% жинақталған, қозғалыс санының жалпы моментінің тек 2% ғана қамтиды.

Күн системасында Күннен басқа үлкен 9 планета, мыңдаған ұсақ планетлар (астероидтар), миллиондаған кометалар, метеорлық заттар – планетааралық газ бар. Барлық планеталардың жалпы массасы Күн массасының 1/745-індей. Кометалар мен астероидтардың жалпы массасы Жер массасынан аз. Күн системасы үнемі қозғалыста болып тұрады.

Күн системасының барлық планеталары бір жазықтықта дерлік орналасқан эллиптикалық (шеңберге жақын) орбита бойынша Күн маңында айналады.

Орбиталар бойынша удемелі қозғалыспен қатар планеталар (Шолпан мен Ураннан басқасы) және олардың спутниктері орбиталық қозғалыс бағытында, өз өсімен айналады. Мұнымен бірге кеңістікте осьтің айналу жағдайы ұзақ уақыт мүлдем дерлік өзгермейді. әр түрлі планеталардың айналуы периодының әр түрлі мөлшері де сақталады. Күн өз осімен, яғни оның маңында орбиталар бойынша планеталар қозғалысы бағытында айналады.

Күн маңында планеталардың орбита бойынша қозғалысын қарағанда негізгі координаттық жазықтық ретінде жер орбитасының жазықтығы – эклиптика алынады.

Күн системасы планеталарының қозғалысын, системаларының бірлігін дәлелдейтін дұрыс шешімін тұңғыш рет Н. Коперник жасады. Оның ілімін И. Кеплер дамытты, ол планеталардың қозғалыс заңдарын ашты:

1.            Барлық планеталар эллипс бойынша қозғалады, фокустердің бірінде, бүкіл планетаға ортақ бір Күн бар.

2.            Планетаның радиус-векторы бірдей уақыт аралықтарында бірдей үлкен ауданды сызады.

Перигелийге таяу радиус-вектор арқылы ∆t уақытта сызылған аудан (ST1T2) афелийге таяу радиус вектор арқылы сызылған ST3T4 ауданға тең.

Өйткені  орбита бойынша планета қозғалысының шапшаңдығы T1T2 доғасы > T2T4 доғасынан үлкен, афелийге таяудан гөрі перигелийге таяғандығы артық; планетаның Күнді айнала қозғалысы біркелкі емес: бірде шапшаңдайды, бірде бәсеңдейді.

3.            Әр түрлі планеталардың Күнді айнала қозғалысының уақыт квадраттары олардың орбиталарындағы үлкен жарты осьтердің кубтарына пропорционал болып келеді, немесе Күннен орта қашақтыққа сай болады (1-таблица).

1 – таблица 

а – орбитаның үлкен жарты осі, t – айналу уақыты.

Жерден Күнге дейінгі қашықтық және оның айналу уақыты бірлік есебімен алынады;

Планета қозғалыстарының жылдамдығы Күнге дейінгі қашықтыққа бағынышты екендігін заң дәлелдеп отыр. Ол Күннің бүкіл планета системасын біртұтас байланыстырады.

Кеплер заңын пайдалана ртырып, Ньютон планета қозғалыстары тарту күшіне бағынатындығын ділелдеді. Дүние жүзілік тартылыс заңы бойынша барлық денелер өзара әрекеттес болады, мұнымен бірге тарту күші өзара әрекеттес денелердің массасына тура пропорционал және олардың ара қашықтықтарының квадратына кері пропорционал болып келеді:

- тартылы тұрақтылығы = 6,61108.

Күн системасы денелердің қозғалысын басқаратын негізгі күш – Күн тартылысы болып табылады. Күн өзінің тартуымен планета қозғалысын тездетеді, сондай-ақ планеталар да Күнді тартып оған біршама тездеткенін хабарлайды. Сондықтан планеталар Күнді айнала қозғалмайды, Күн мен планеталар бірдей периодпен оларға ортақ тарту центрін айнала қозғалады, бірақ планета үлкен эллипс жасайды, ал Күннің эллипсі мүлде кіші; бұл да планеталардың және олардың спутниктерінің қозғалысына жатады.

Планеталардың бір-бірін өзара тартуы Күн тартылысына қарағанда онша үлкен емес, бірақ соның өзі планеталар қозғалысының аутқуына – ұйытқуына - әсер етеді. Өйткені тартылыс күші тек қана тартатын денелердің массасына байланысты емес, ол сонымен бірге олардың ара қашықтығына да байланысты, онша үлкен емес, бірақ өзара жақын орналасқан денелер едәуір ұйытқуды тудырады.

Кометалар мен астероидтар планеталар қозғалысында белгілі бір ұйытқу болдырмайды. Планеталардың әсері, бұл денелердің қозғалысына керісінше, зор болады.

Күн системасының мөлшері жұлдыздар арасындағы қашықтықпен салыстырғанда өте кіші. Олар туралы Күннен Плутонға дейінгі аралықтың 5905 млн. км екендігімен анықтауға болады. Күшті созылған орбиталар бойымен қозғалатын кейбір кометалар Күннен 100000 а.е. қашықтайды. Күн системасының нақты шекарасы жоқ деуге болады.

Күн. Күн – орта мөлшердегі және жарық беретін жұлдыз, ол сутегі (70%) мен гелийден (29%) құралатын аса зор газды шар, әр түрлі гелиографиялық ендіктерде өз осьінен әр түрлі жылдамдықпен айналады: экваторда ол жердің 25 тәулігінде, полюс маңында 30 тәулікте бір рет айналып өтеді. Күннің шекарасы ретінде Жерден оның дискісінің көрінетін шекарасын шамамен алады. Күннің диаметрі – 1392000 км (жердің 109 диаметрі), көлемі 1,41∙1033 см3 (Жердің көлемінен 1,3∙106 есе көп), массасы 2∙1033 г (Жердің 333000 массасы), орташа тығыздығы – 141 г/см3 (жұлдыздардың ішкі бөліктерінің тығыздығы 100 г/см3 жетеді, ал сыртқы қабаттарының тығыздығы жер бетінің атмосфера тығыздығынан кем болады).

Күннің бетіндегі күннің қызған заттарын ұстап тұрған салмақ күші жерге қарағанда 28 есе артық. Оның бетінің температурасы 6 мың градусқа жуық, ал оның ішкі бөлігінде 16 миллион градусқа жетеді. Онда қысым 100 млр.атм. асқанда ядролық реакция жүреді. Бөлініп шыққан энергия Күннің бетіне  10 млн. жыл шамасында жетеді. Мұнымен бірге ол бірнеше рет сіңіріліп қайтадан сәулеленеді,  оның сипаты өзгеріп отырады; сіңірілген гамма-сәулелердің орнына рентген сәулесі, оның орнына – ультракүлгін, ең соңында көрінетін және жылу сәулелері пайда болады. Күннің әлем кеңістігіне шашқан сәулесінің энергиясының жалпы мөлшері 3,9∙1033 эрг/сек. Күннің сіңірілуі және қайтадан сәулелену арқылы энергия бөліп шығаратын облысы сәулелік тепе-теңдік зона деп аталады. Одан жоғары конвекция зонасы жатыр; мұнда энергияның алмасуы күн заттарының араласуы арқылы жүзеге асырылады.

Сәулеленуі бізге көрінетін, Күннің сыртқы қабаттары, күн атмосферасын түзеді, ол фотосфера, хромосфера және күн тажынан тұрады.

Фотосфера (жарық қабығы) – жұқа түссіз газ қабаты (200-300 км), оның тығыздығы жоғарылаған сайын азая түседі. Осы бағытта фотосфераның температурасы 6000-нан 4500°-қа дейін төмендейді, бұл бүкіл күн атмосферасының ең төменгі температурасы. Фотосфера сәуле тепе-тең жағдайында болады, ол Күннің орталық облысынан қанша энергия бөлініп шықса соншалықты энергияны сәулелендіріп отырады. Бұл күн атмосферасының негізгі бөлігі.

Фотосфераның үстінде хромосфера орналасқан. Оның үнемі қозғалыста болатын сыртқы бетінің биіктігі 15000-20000 км жетеді. Одан жоғарыда (150000) қызған газ – протуберанецтер «фонтандары» көтеріледі.

Күн атмосферасының – сыртқы шексіз қабаты – тажы – сирек плазмадан тұрады (кинетикалық температурасы 1 млн. градусқа жуық оң және теріс зарядталған бөлшектердің қосындысы).

Тажыдан 300-400-ден 800 км/сек жылдамдықпен плазма (тажының ұлғаюы) үздіксіз бір қалыпта ағып отырады. Бұл күн желі деп аталады. Күнде оталған кезінде 2000 км/сек шапшаңдықпен Жерге жетерлік корпускалдар енсіз ағындары космос кеңістігіне тарайды.

Күннің көрінетін сәулелерінің 10% жуығы нейтрино – бөлшектері екені анықталды, онда электр зарядтары жоқ ол затты жарып өтетін таңғажайып қасиеті бар. Электрмен зарядталған және бейтарап бөлшектер ағындарынан басқа Күннен дүние кеңістігіне электр магнитті толқындар: гамма сәулесі, рентген, ультра күлгін, жарық, инфрақызыл, радио толқындары тарайды. Күн сәулеленуінің негізгі бөлігі жарық және инфрақызыл сәуле ретінде бөлініп шығады.

Күннің көрінетін сәулесі ас тұрақтылығымен ерекше (оның жарқырауының өзгеруі 2% аспайды). Күн спектрінің ультракүлгін және рентген бөліктері Күн активтілігіне байланысты өзгеріп отырады. Сондай-ақ корпускулярлық сәулеленудің интенсивтілігі де өзгереді. Күн активтілігі, күн атмосферасында пайда болған әр түрлі түзелістер қатарында: күн дақтары, факелдер, флоккулдар оталулар байқалады. Оның барлығы Күннің жалпы әлсіз магнит өрісінің фонында магниттік өрісі қуатының күшеюіне байланысты (қуаттылық 1 эрстеда).

Күн дақтары – фотосфералардың салыстырмалы суық учаскелері, олардың температурасы қоршаған кеңістіктегіден шамамен 1500° төмен және олармен салыстырғанда қарайып көрінеді. Күн дақтары пайда болғанға дейін оның орнында күшті магнит өрісі орнайды, ол газ конвекциясын баяулатып, сол арқылы энергияны фотосфераға төменнен өткізеді. Дақтар топ – тобымен пайда болады және олар бірнеше сағаттан бірнеше айға дейін өмір сүреді. Орташа дақтың көлденеңінің мөлшері 7000-15000 км жетеді. Дақтар тобында аса ірі екеуі ерекше, біреуі топтың шығыс, екіншісі батыс шетінде орналасқан. Олар бір-біріне қарама-қарсы полярлығымен белгіленеді. Ал бүкіл биополярлық группа конвективтік зонаның зор ұясын түзеді. Дақтар пайда болатын зона күн экваторының екі жағында 5 тен 45° ендіктерге орналасқан. Ал басқа ендіктерде олар сирек пайда болады. Дақ топтары барлық уақытта жарығырақ талшықтылар түзілісімен – фотосфералық факельдермен қоршалған. Оларда магнит өрісінің қуаты дақтарға қарағанда төмен, бірақ жалпы гелиомагниттік өрісінің қуатына қарағанда жоғары. Бәсең магнит өрісі күшті конвекцияны тоқтата алмайды, керісінше, оны күшейте түседі, зат қозғалысының бойымен «реттей» отырып, дұрыс «бағытқа» салады.

Факелдер – салыстырмалы тұрақты түзілістер, оларды барлық гелиографиялық ендіктерде байқауға болады, дақтарға қарағанда олардың алатын ауданы да үлкен. Хромосферада фотосфераның факельдерінің жалғасы флоккул деп аталады. Оларды біріктіріп факел алңдары деп те атайды. Күн активтілігінің – ең күшті және тез дамитын көрінісі хромосфералық оталыстар – олар кенеттен және жарықтығы өте күшейіп үдей түседі, кейін баяу әлсірейді. Оталудың көпшілігі бірнеше минутпен шектеледі. Тек ең қуатты оталуы бірнеше сағатқа созылады. Оталу кезінде рентген және ультракүлгін сәулелер күшейіп, радио сәулелердің шарпуы байқалады, күн заттарының бөлшектері – корпускулалар атылып шығыды. Оталу Күн атмосферасының басқа бөлігінде де процестердің активтілігін арттырады. Кейбір жағдайларда күннен космостық сәулелер бөлініп шығады, олардың протондары ерекше қуатты болып келеді. Оталудың жалпы энергиясын мыңдаған сутегі бомбаларының жарылыс энергиясымен салыстыруға болады.

Күннің оталуы – күрделі құбылыс. Олар бір-біріне қарама-қарсы белгідегі магнитті өрісі бар жақан жатқан екі дақтардың арасында пайда болады. Олардың энергиясы магнит өрісінің өзгеруі есебінен пайда болады. Оталудың көпшілігі хромосферада пайда болады, бірақ олар күн тажының төменгі бөлігінде болып тұрады.

Күннің оталуы –міндетті түрде Жерге әсер етеді, бірақ оны әр уақытта байқауға болмайды, өйткені ол ең алдымен Жердің магнитті өрісінің әсеріне байланысты болады.

Күн активтілігіне байланысты түзіліс хромосфера затының «бұлттары» - протуберанецтер, олар күн тажында ондаған мың километрге, ал кейбір жағдайларда одан да едәуір жоғары көтеріледі. Олар арқылы хромосфера мен таж аралығында зат алмасу болады. Протуберанецтер формасы,мөлшері және өмір сүруінің ұзақтығы (минуттан айға дейін) жағынан әр түрлі. Протуберанецтерді оталудан сырттй айыру қиын, олардың кейбіреуі оталумен байланыста да болады.