Писатели-фантасты могут изобрести планеты, отличные от нашей, в качестве чудесных мест для жизни, но, насколько нам известно, в этой солнечной системе или в любой другой нет ничего подобного Земле.
Наше Солнце является долгоживущей стабильной звездой с надежной выработкой энергии в течение миллиардов лет, и наша планета находится на правильном расстоянии, чтобы избежать перегрева, как Венера, или пребывания на холоде, как Марс.
Земля достаточно велика (то есть ее гравитация достаточно сильна), чтобы сохранить атмосферу. Атмосфера достаточно плотная и имеет правильный состав для формирования приятного парникового одеяла.
Семьдесят процентов Земли покрыто водой, что гарантирует наличие достаточного количества водяного пара для атмосферы.
Земля вращается вокруг своей оси один раз каждые 24 часа, что приводит к переменному нагреву и охлаждению в ежедневном цикле. Океан и наличие пресной воды также помогают в контроле температуры из-за сильной жары емкость воды.
Фактически, большая часть тепла, генерируемого вызванным человеком избыточным парниковым эффектом, кажется, попадает в океан. Точно так же вода играет важную роль в переносе тепла от места, где она горячая, к месту, где она холодная, как в виде «скрытой теплоты», как водяной пар в ветрах, так и в виде теплой воды в океанских течениях.
В дополнение к правильному расстоянию от Солнца, океана, атмосферы и 24-часового вращения Земля также имеет ось вращения, которая находится под удобным углом к плоскости орбиты.
Наклон оси (23,5 ° по отношению к вертикали в орбитальной плоскости) приводит к значительному изменению годового солнечного света, принимаемого в средних и высоких широтах, что делает времена года!
Если бы ось Земли была вертикальной, в полярных регионах было бы намного больше льда, чем сейчас, потому что летнее солнце было бы слишком слабым, чтобы убрать зимний снег к полюсу на 50 градусов широты или около того.
Земля как обитаемая планета
Земля - единственная известная нам планета, где вода широко существует в трех ее фазах в виде твердого вещества (снега и льда), жидкости (в океане и в озерах, реках и грунтовых водах) и в виде газа (в воздухе, как пар).
Почему у Земли есть океан, а у Луны, Марса и Венеры нет?
Удовлетворительный ответ на этот обманчиво простой вопрос может дать только тщательное рассмотрение эволюции каждой планеты. Пока что грубое объяснение состоит в том, что луна слишком мала, Марс слишком холоден, а Венера слишком горячая.
Чтобы проиллюстрировать это, давайте проведем простой мысленный эксперимент.
Уменьшим гравитацию на Земле до гравитации Луны. В этой ситуации у Земли возникла бы проблема с сохранением ее атмосферы. Воздух начнет истончаться, поскольку молекулы газа атмосферы покинут планету.
Океан будет выделять свое собственное газообразное содержание, главным образом углекислый газ, и затем он тоже будет медленно испаряться в попытке пополнить атмосферу. Эти атмосферные молекулы будут уходить в космос, пока океан не будет израсходован.
В другом мысленном эксперименте мы сохраняем гравитацию Земли такой, какая она есть, но перемещаем Землю на орбиту Марса.
Теперь мы далеко от Солнца (точнее, в 1,5 раза), и от Солнца будет приходить гораздо меньше энергии. Земля сразу же войдет в ледниковый период. Океаны полностью замерзнут, опустятся на большую глубину.
Вулканический пепел и ветреная пыль будут постепенно покрывать этот океан льда, и он исчезнет из поля зрения. Из-за низкой температуры содержание воды в атмосфере будет очень небольшим.
Наконец, давайте переместим Землю на орбиту Венеры. Сразу стало бы неприятно жарко, так как мы сейчас намного ближе к солнцу (примерно в 1,4 раза ближе).
Вся атмосфера быстро превратится в паровую баню. Толстые облака будут образовываться в верхних слоях атмосферы, где пары будут конденсироваться. Земля станет белой и, таким образом, отразит большую часть входящего солнечного света.
Солнечный свет, который действительно достигает поверхности, будет продолжать нагревать ее, испарять все больше воды и делать атмосферу еще менее прозрачной для выходящего теплового излучения.
Температура будет повышаться до тех пор, пока породы, называемые известняками, сделанные из карбоната кальция (CaCO 3 ), не распадутся и не выделят углекислый газ. Большое количество этого парникового газа теперь будет добавлено в атмосферу. Результатом будет что-то вроде влажной Венеры.
Гипотеза Гайи
Эти мысленные эксперименты, пусть и вымышленные, показывают, что доброкачественный климат Земли довольно деликатно сбалансирован. Один из действительно удивительных фактов об истории этой Земли - то, что у нее есть океан в течение очень долгого времени.
Жизнь нуждается в воде, и жизнь существует уже более 3 миллиардов лет. Следовательно, свободная вода должна была присутствовать непрерывно в течение большей части возраста Земли (4,6 миллиарда лет). Если бы в прошлом солнце было намного холоднее или жарче, гидросфера либо замерзла, либо испарилась в атмосферу.
Жизненные процессы тесно связаны с оказанием помощи в определении условий окружающей среды на Земле; на самом деле нынешний состав атмосферы Земли целиком является продуктом бактериального и фотосинтетического процесса.
Тесная связь биологических и геохимических процессов изучается в области «биогеохимии», результаты которой породили гипотезу «Гайя», предполагающую, что жизненные процессы контролируют окружающую среду Земли на благо живых организмов.
