Наша наука про кожен день

земля

Природа щохвилини дивує нас безліччю явищ, що викликають нашу цікавість. Наша повсякденна наука - це простір, в якому Анхель Родрігес Лозано заохочує нас озирнутися навколо себе і відкрити повсякденні явища, що мають пояснення у світлі науки.

Чи може Земля товстіти або худнути, як людина? (2-а частина)

На це, мабуть, невинне запитання відповісти непросто, як ми змогли переконатися в попередній програмі "Нашої щоденної науки". Підсумовуючи дуже коротко те, що ми там сказали, ми можемо застосувати до Землі ту саму стратегію, яку ми використовуємо, щоб знати, чи є істота людина набирає або втрачає вагу. Досить додати те, що ми споживаємо, і відняти те, що ми вигнали.

Земля блукає Сонячною системою, змітаючи частинки, атоми, молекули, космічний пил, метеорити ... іноді навіть поглинаючи комету або астероїд, навіть якщо це спричиняє катастрофічне розлад шлунку, подібне до того, що вбив динозаврів. Кількість маси, яку Земля вживає у своєму щорічному меню, становить від 35000 тон до мінімуму та до 110 000 тонн максимум. Правда полягає в тому, що при таких широких похибках важко дати конкретну відповідь. Але ми все одно спробуємо.

Як стоншується Земля?

Давайте розглянемо способи схуднення, і ця розумова вправа допоможе нам проаналізувати, як це робить планета Земля. Щоб розрахувати наші втрати маси, перше, про що ми повинні чітко усвідомлювати, це межа, де закінчується наше тіло і починається те, що вже не наше. Шкіра - це межа нашого тіла, враховуючи, так, що ми маємо закриті рот, ніздрі та сфінктери, яка межа Землі?

Уявіть, що ми злітаємо в космічному кораблі і розміщуємось на орбіті навколо Землі, як люди, які зараз живуть на Міжнародній космічній станції. Чи належать ці астронавти та МКС до Землі, а тому є частиною маси Землі ? планети, чи ні? Відповідь "ні" породить ще одну дилему: Отже, коли ми стрибаємо і ноги в повітрі, ми теж не належимо до Землі? Логічно, критерій повинен бути іншим. Коли корабель знаходиться на орбіті навколо Землі, захоплений його гравітацією, він належить Землі так само, як і ми, коли стрибаємо, перебуваючи в повітрі. Єдина відмінність полягає в тому, що космічний корабель перебуває у постійному вільному падінні, але не розбивається, оскільки поверхня Землі під цим кривим.

Земля випорожнює речовину у вигляді міжпланетних кораблів

Якщо ми ввімкнемо двигуни космічного корабля і прискоримо його до рівня, що не втягне Землю - це те, що було зроблено з міжпланетними космічними кораблями, такими як Кассіні, який зараз обертається навколо Сатурна, - цей космічний корабель буде частиною маси. з технологією, що Земля назавжди втратила. Можливо, це не дуже елегантно так говорити, але ми могли б сказати, що Terra "випорожнює" матерію у вигляді міжпланетних кораблів.

Маса суші на Місяці

Ми знаємо, що Місяць обертається навколо Землі, чи не слід включати його до маси планети як ще один супутник? Земля і Місяць вважаються, астрономічно кажучи, подвійною системою. Незважаючи на те, що вони є незалежними тілами, вони обидва достатньо великі, щоб зв’язати їх із загальним центром ваги, який не є ні центром Землі, ні центром Місяця, а точкою, розташованою на лінії, що з’єднує центри обидва тіла. Це було б як мати, яка народила дитину. Це йому вже не належить, вони є незалежними органами, але вони продовжують підтримувати дуже міцні стосунки. Таким чином, корабель, який злітає з Землі і захоплений Місяцем, належатиме останній, а не материнській планеті. Таким чином, ми повинні додати 180 тонн земного матеріалу, які були розкидані по місячній поверхні. Якщо до цього матеріалу ми додамо масу місій (більшість перших, що були запущені), які не виконали свою мету і зараз кружляють по Сонячній системі, можна сказати, що загальний набір маси, втраченої Землею за весь свій кар'єрний простір становить близько 1000 тм. Логічно, щорічна сума дуже мала і залежить від місій.

Ядерне розрідження.

Багато з нас хотіли б, щоб зайві кілограми зникали ніби за допомогою магії, і, певним чином, те, що для нас є неможливою мрією, адже Земля - ​​це щоденна реальність. Не дивно, що ми самі звикли перетворювати масу в енергію на атомних електростанціях. Процес, за допомогою якого атомні електростанції та бомби перетворюють масу в енергію, полягає в розбитті атомів урану або плутонію на більш дрібні шматки. Якщо ми додамо масу до і після поділу ядер, рахунки не складаються. Відсутня дуже мала маса маси, яка була перетворена в енергію за формулою Ейнштейна E = mc ^ 2 ^.

Земля містить у своїй глибині надзвичайну кількість радіоактивних матеріалів, які з часом мимовільно розпадаються, забезпечуючи в цілому величезну кількість енергії. Земля генерує у своїй глибині 44 тераватти енергії, певні підрахунки показують, що близько 22 тераватти надходить від розпаду радіоактивних елементів, але решта точно невідомо звідки вона береться. Вказується як можливість для залишку минулих розпадів, що через проблеми дифузії поступово виникають, існує також можливість того, що це, принаймні частково, викликане внутрішніми силами тертя, спричиненими припливами, що Місяць і Сонце чинить на Землю. Є навіть ті, хто захищає, що всередині ядра Землі знаходиться повномасштабний ядерний реактор. Як би там не було, що ми можемо зробити, це еквівалент енергії та маси, тому що Ейнштейн завжди правий. Таким чином, зроблені розрахунки, енергія, яку випромінює Земля, еквівалентна втраті 15 тонн маси на рік. Це не багато, але все має значення.

Земля втрачає газ

Щоб дати відповідь, повернімось до космічних ракет, про які ми згадували на початку. Тоді ми сказали, що лише небагатьом вдається врятуватися від гравітації Землі, і для цього вони повинні досягти швидкості виходу на поверхню Землі 11 200 м/с. Якщо ми кинемо камінь вгору, він впаде знову, але якби ми змогли забезпечити йому швидкість більшу, ніж швидкість втечі, він би назавжди загубився в надрах Сонячної системи.

Те, що справедливо для космічних кораблів, стосується і молекул та атомів в атмосфері. На поверхні Землі атмосфера дуже щільна, і нечисленні молекули, що мають швидкість, більшу, ніж швидкість втечі, не можуть цього зробити, оскільки в результаті стикаються з іншими молекулами і втрачають швидкість. Тепер, якщо ми набираємо висоту, віддаляючись від поверхні, атмосфера стає все менш щільною і настає момент, коли число атомів і молекул настільки мало, що вони більше не стикаються між собою. На Землі цей стан досягає приблизно 500 кілометрів над рівнем моря, місце, відоме як "екзобаза". Там частинка, що несе швидкість більшу, ніж швидкість втечі, просто втікає, залишає Землю і стає мандрівником через Сонячну систему.

В екзобазі деякі молекули води - яка містить один атом кисню і два водню - і метану, - який містить один вуглець і чотири водню - розпадаються, а їх атоми відокремлюються завдяки сонячній радіації. Атоми Гідрогену, які, як ми вже говорили, найлегші, рухаються набагато швидше, ніж на поверхні (від 5000 м/с до 5500 м/с), оскільки на цих висотах температура коливається між 1000 K і 2500 K. швидкості недостатньо для втечі (на висоті 500 км швидкість виходу становить 10 800 м/с), але, як я вже говорив, це середні швидкості, що означає, що деякі атоми рухаються швидше, і серед них деякі перевищують уникнути швидкості і вирушити в подорож міжпланетним середовищем. Ось так Земля, атом за атомом, втрачає незначну частину своєї маси. Те, що сказали про водень, працює і для інших атомів, таких як гелій, хоча, будучи важчим, вони виходять в меншій кількості.

Для втечі недостатньо відповідної швидкості, магнітне поле, яке оточує Землю, є своєрідним щитом, який захищає нас від заряджених частинок сонячного вітру, а також запобігає виходу заряджених атомів (іонів), відводячи їх траєкторію в бік полюси. Однак, атом водню може отримати електрон і стати нейтральним, в цьому випадку магнітне поле не може перешкодити йому вийти, якщо він має достатню швидкість. Інший варіант полягає в тому, що втеча відбувається на магнітних полюсах, це місце, де вони знаходять вихідний отвір, якщо вони заряджені.

Маючи все це на увазі, було підраховано, що щосекунди Земля втрачає приблизно 3 кілограми Гідрогену та 50 грамів гелію (я не зміг знайти з якою похибкою, з якою були розраховані ці величини). Це означає, що протягом року можна втратити близько 96 000 тонн газів, переважно водню. Оскільки тверді втрати маси внаслідок міжпланетних космічних апаратів та ядерних процесів дуже малі, для практичних цілей ми можемо прийняти цю цифру назавжди.

Земля товстить вас або худне?

У попередній програмі ми говорили, що, згідно з розрахунками, норма масового прибутку становить від 35 000 до 110 000 тонн на рік. Кількість втрат становить близько 96 000 тонн на рік. Якщо приріст маси буде на найнижчому рівні і втрати газу будуть правильними, Земля втрачатиме 60 000 тонн на рік. Якщо взяти найвищі значення, наша планета щороку набирає близько 16 000 тонн. Як бачите, при таких широких похибках неможливо точно відповісти. Але ми можемо сказати щось, що залишить нас більш спокійними.

Як я вже згадував, втрата або приріст маси відносний, це не те, що слон набирає кілограм, ніж миша. Таким чином, важливо знати, що ці 60 000 тонн втрат або 16 000 прибутку означають відносно порівняно із загальною масою Землі. Ми зробили обчислення, і відхилення еквівалентно тому, що людина вагою 70 кілограмів втрачає крихітну суму - 71 мільярдну частину грама! - або в іншому екстремалі - отримує 16 мільярдної частки грама! Щоб дати вам уявлення, трильйонна частина грама - це середня вага однієї клітини у вашому тілі. На закінчення слід зазначити, що відсоток зміни маси Землі на рік настільки малий, що з практичних цілей ми можемо забезпечити, щоб наша планета ні товстіла, ні втрачала вагу.

Ви скажете мені, і з поважною причиною, стільки розрахунків для цього! ну так, але ... скільки ми навчилися!