«Рыцарь на распутье».

В самом общем случае точка бифуркаций может быть представлена графически так,

как показано на рис.

Рис.

Здесь она обозначена буквой В. До момента времени, соответствующего состоянию

В, система развивалась по траектории АВ. При этом вполне возможны были

некоторые флуктуации, то есть небольшие отклонения (они показаны пунктиром),

но в главных чертах система развивалась по траектории АВ.

После момента времени, соответствующего точке бифуркаций, система имеет

возможность развиваться по нескольким вариантам: ВС1 ,ВС2

,., ВСi ,..., ВСn. Та траектория или то некоторое

множество траекторий, по которым возможно развитие системы после точки

бифуркаций и которые отличаются от других относительной устойчивостью, то есть

являются наиболее реальными, называются аттракторами.

Другими словами, аттрактор —это относительно устойчивое состояние системы,

которое как бы притягивает к себе все множество траекторий развития,

возможных после точки бифуркаций.

Примерами аттракторов являются группа экономических вузов и специальностей

для абитуриента, имеющего склонность посвятить себя экономике; популяция

морозоустойчивых особей в случае наступления глобального похолодания;

актерская стезя для потомка актерских семей; совокупности правильных ответов

для студента - «отличника»; погода, соответствующая времени года.

В синергетике изучаются свойства точек бифуркаций и аттракторов и

устанавливаются закономерности развития самоорганизующихся открытых систем,

их переходы от хаоса к порядку и, наоборот, от порядка к хаосу}

В синергетике достаточно строго показывается, что никакими внешними

воздействиями нельзя «навязать» системе нужное кому-либо поведение: можно

только выбрать наиболее подходящий из потенциально заложенных в ней путей. К

сожалению, в реальной жизни этот принцип очень часто нарушается, и это

приводит иногда к тяжелым последствиям в политике, экономике, личной жизни и

т. п.

Синергетика по-новому осветила воззрения мыслителей разных эпох. Она вобрала

в себя представления Платона об эйдосах- формах и Аристотеля о внутренней

цели развития (энтелехии); Р. Декарта о космических вихрях; Г. Лейбница о

монадах, потенциально заложенном; Ф. Шеллинга о самоорганизации в природе как

аналогии творчества человеческого духа; Ф.Ницше о вечном возвращении,

цикличности; А. Бергсона о необратимости эволюции, жизненном порыве.

Синергетический подход позволяет осмыслить по-новому работы Е. С. Федорова,

А. А. Любищева, Н. А. Бернштейна, малоизвестные рукописи К. Э. Циолковского,

книги и поэзию А. Л. Чижевского. Постоянно напоминая о целостности мира, об

ускользающих от нашего внимания взаимосвязях в нем, рекомендуя чаще мыслить

«нелинейно», синергетика направляет человека на то, чтобы он был не только

умнее, но и мудрее.

3. Происхождение жизни на Земле

3.1. Образование мантии и ядра Земли.

Образование Земли связано с аккумуляцией вещества, представленного

преимущественно высокотемпературными конденсатами солнечного газа. Однако

относительно способа аккумуляции существуют различные мнения. В процессе

формирования Земли можно допустить три варианта аккумуляции.

1. Гомогенная аккумуляция, нашедшая наиболее полную раз­работку в гипотезе О.

Ю. Шмидта и его сторонников. Она привела к образованию квазиоднородной

первичной Земли. Модель пер­воначально гомогенной по составу и строению Земли

пользова­лась наиболее широким признанием. Согласно этой модели, со­временное

зональное строение Земли возникло лишь в ходе эво­люции, что выразилось в

разогревании, частичном плавлении и дифференциации земного вещества под

воздействием радиоактив­ных источников тепла.

2. Гетерогенная аккумуляция, определившая с самого начала главные черты

строения земного шара — наличие в первичной Земле металлического ядра и

мантии. При аккумуляции метал­лических частиц сначала возникло ядро, затем на

него осели бо­лее поздние конденсаты в виде силикатов, образовав мощную

ман­тию первичной планеты.

Идею о том, что Земля начала аккумулироваться первоначаль­но из металлических

частиц, высказали В. Латимер, Э. В. Соботович, П. Гаррис и Д. Тозер, а

позднее Э. Орован. В дальнейшем она была поддержана К. Таркяном и С. Кларком,

Дж. Джекобсом, А. П. Виноградовым. По К. Таркяну и С. Кларку, первичная Земля

аккумулировалась в той последо­вательности, в которой происходила конденсация

веществ из пер­вичной солнечной туманности. Крайний вариант гетерогенной

ак­кумуляции Земли был недавно предложен Д. Л. Андерсоном и Т. Ханксом,

которые полагают, что внутреннее ядро Земли приобрело свой состав за счет

самых ранних дометаллических конденсатов, внешнее ядро возникло из

металлической фракции и серы, а мантия—за счет аккумуляции силикатной

фракции. На заключительных стадиях аккумуляции произошло осаждение ма­териала

типа углистых хондритов, включая гидратированные силикаты, летучие и

органические соединения.

3. Частично гетерогенная аккумуляция без резких перерывов в составе

материалов, строящих земной шар. В этом случае наи­более резкая разница в

составе имела место лишь между цент­ральными частями Земли и поверхностными

слоями первичной мантии. При таком способе аккумуляции первоначально не было

pезких границ между ядром и мантией, подобно современному состоянию. Границы

эти установились позже в ходе дальнейшей химической дифференциации, связанной

с нагревом. Ядро Земли возникло в результате комбинации процессов

гетерогенной аккреции и последующей химической дифференциации. Выплавление

железо-сернистых масс и удаление их из разных горизонтов первич­ной Земли

путем стекания в центральные области было процессом, протекавшим асимметрично

и в дальнейшем определившим асим­метрический характер коры и верхней мантии.

В настоящее время нам довольно обоснованной представляется идея о том, что

происхождение земного ядра связано с проис­хождением (способом формирования)

самой Земли и Солнечной системы. Химическая эволюция протопланетной

туманности, рас­смотренная нами выше, при остывании газа солнечного состава

определила то обстоятельство, что в районе аккумуляции веще­ства Земли

возникли химические соединения, которые определили химический состав нашей

планеты в целом. Начало формирования Земли по всей вероятности, было связано

с первичной аккумуля­цией именно металлических частиц. В пользу этого мы

можем привести следующую аргументацию.

В процессе аккумуляции планет железоникелевые частицы имели явное

преимущество в отношении объединения перед ча­стицами другого состава. Если

аккумуляция первоначально про­исходила при высоких температурах, то капли

железа при со­прикосновении друг с другом легко сливались в тела компактной

массы, образуя зародыши планет. Если агломерация имела место при низких

температурах, то металлические частицы ввиду своей пластичности и хорошей

теплопроводности объединялись при столкновении. В этом случае происходило

поглощение кинетиче­ской энергии. Таким образом могли происходить процессы

как “горячей сварки”, так и “холодной сварки” в зависимости от тем­пературы

частиц. Заметим, что в некоторых железных метеоритах обнаружены признаки

объединения металла в результате соуда­рений.

Наконец при температурах ниже точки Кюри (1043 К для Fe, 598 К для FeS) частицы

железа и троилита могли легко намаг­ничиваться в сильном магнитном поле

первичного Солнца ив дальнейшем объединялись силами магнитного притяжения.

По­скольку силы магнитного притяжения для мелких металлических частиц на много

порядков превосходят гравитационные силы, за­висящие от масс, аккумуляция

частиц никелистого железа из охлаждающейся солнечной туманности могла начаться

при тем­пературах ниже 1000 К в виде крупных сгущений и во много раз была более

эффективной, чем аккумуляция силикатных частиц при прочих равных условиях. По

Ф. Хойлу и Н. Викрамасингу, когда происходило непрерывное сжатие Солнца,

напряженность магнитного поля могла достигать высоких значений, на два поряд­ка

превышающих современную. В этих условиях аккумуляция ферромагнитных материалов

типа железоникелевых частиц и трои­лита должна протекать наиболее эффективно,

образуя зародыши планет земного типа. Поскольку точка Кюри для железа и

же­лезоникелевых сплавов находится вблизи 1000 К, магнитные силы как фактор

аккумуляции могут вступить во взаимодействие за­долго до начала окисления

железа. П. Гаррис и Д. Тозер вычислили поперечное сечение захвата взаимно

намагниченных частиц, которое оказалось в 2-104 раз выше их

реального попереч­ного сечения. В то же время они показали, что магнитное

взаи­модействие зависит от размеров частиц. Оно весьма незначитель­ное для

частиц с диаметром менее 10--5 см, но при размерах частиц 10-4

см агрегация наступает довольно быстро. При высоких температурах (свыше 1273 К)

в газопылевом облаке все частицы могли сосуществовать независимо до падения

температуры ниже точки Кюри. Но при падении температуры ниже точки Кюри

маг­нитное взаимодействие железоникелевых частиц становилось ре­шающим фактором

аккумуляции в процессе рождения планет.

Из сказанного совершенно естественно вытекает вывод, что при самых

разнообразных условиях в первичной туманности железоникелевые сплавы должны

аккумулироваться первыми. При дости­жении достаточно крупных масс зародыши

планет в дальнейшем могли захватывать более поздние конденсаты солнечного

газа пу­тем непосредственного гравитационного захвата.

Совершенно очевидно, что описанные выше процессы вполне относят к нашей

планете, для которой гетерогенная аккумуляция представляется совершенно

неизбежной. Эта аккумуляция определила первоначальную химическую

неоднородность Земли, ее термодинамическую неустойчивость, которая в

дальнейшем предопределила ход развития Земли—дифференциацию ее мате­риала,

что привело к четкому обособлению границы между ман­тией и ядром, между

внутренним и внешним ядром...

В свете изложенного выясняется общая картина рождения Зем­ли. Рост Земли начался

с объединения металлических частиц при температурах ниже точки Кюри. Однако

нагрев первоначального металлического тела вследствие ударов частиц при

аккумуляции привела повышению температур и, возможно, устранил взаимо­действие

магнитных сил, которое было основным. Достигнув зна­чительной массы, первичное

металлическое ядро—зародыш про­должало гравитационный захват более поздних

конденсатов из окружающей среды. На этом этапе аккумуляция стала более

го­могенной, и первичная мантия накапливалась как мощная оболоч­ка в виде смеси

металлических, силикатных частиц и троилита. При этом весьма вероятно, что в

нижних горизонтах первичной мантии содержание металлических частиц было

повышенным, а в верхних горизонтах они отсутствовали. Таким образом,

первона­чальная мантия по радиусу представляла собой неоднородную смесь

металлического и силикатного материала. На поздних стадиях аккумуляции оседали

гидратированные силикаты и органические вещества. На завершающих эта­пах

аккумуляции Земля путем прямого гравитационного захвата приобрела также часть

(вероятно, небольшую) газов, в том числе Н2О, СО2, СО, NН

3, Hg, из первичной туманности в силу соб­ственного притяжения.

В связи с адиабатическим сжа­тием, радиоактивным нагревом от ныне сохранившихся

и быстро вымерших радиоактивных изотопов (244Pu, 247Cm

и 129I) и остаточной тепловой энергии от про­цесса аккумуляции в

ранние эпо­хи существования Земли происхо­дило повышение температур и материал

планеты местами начал плавиться. Максимальная темпе­ратура была приурочена к

центру с последующим ее понижением к периферии. Плавление в результате

радиоактивного нагрева и других факторов началось на определенных глубинах, где

темпе­ратура превысила точку плавле­ния наиболее легкоплавких ком­понентов при

данных условиях давления. Если состав первичной мантии представлял собой смесь

силикатной, металлической и сульфидной фаз, то температура плавления эвтектики

Fe—FeS была самой минимальной (1260 К) и в то же время она в меньшей

степени зависела от уве­личения давления. Первым и принципиально нового веществ

могло происходить в большей ча­сти объема первичной мантии. Совершенно

очевидно, что жидкая расплавленная фаза металла с примесью серы возникала в

глубоких недрах планеты легче, чем жидкие расплавленные силикатные массы.

Дифференциация гомогенной модели Земли с плавлением и погружением жидкого

железа, сформировавшего ядро Земли, должна была существенно поднять температуру

планеты. При полном погружении железа температура должна была повысить­ся на

2270 К, при этом в масштабе всей Земли выделилась бы энергия, равная 15*10

30 Дж, по расчетам Г. Юри—4,78*1030 Дж, а Е. Люстиха—16,7*10

30 Дж. Это громадное количество тепла должно было расплавить всю нашу

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6