Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Солнечная система послужила полигоном для вычисления трех новых фундаментальных констант: гравитационной константы GK (в дополнение к существующей гравитационной константе GN), скорости гравитона Vg и константы структуры K = C/Vg. Новые константы вместе с существующими легли в основу физической теории, названной Эмпирической Теорией Вселенной (ЭТВ) [1-4]. Так как константа структуры равна отношению скорости света к скорости гравитона, то новая теория не только гравитационная. Дополнив теорию гипотезой о том, что Вселенная – частица, получаем квантовую (благодаря волновому пространству M/GK = λ0), релятивистскую теорию Вселенной, описываемую двумя фундаментальными взаимодействиями: гравитационным и электромагнитным [4]. Свойства такой Вселенной чрезвычайно просты: линейный рост массы космических тел, линейный рост линейных размеров космических тел и пространства, и постоянство структуры [5]. В ЭТВ расширение распространяется на все тела и саму Вселенную. Эти простые свойства Вселенной служат основой наукам о Земли, так как на них сформулированы универсальные единицы измерения и главные принципы новой науки планетологии.

Задача теоретической планетологии состоит в том, чтобы данные о планетах с атмосферами привести к относительным единицам, применимым ко всем этим планетам, затем получить значимую регрессию в зависимости от универсальных единиц измерения. Обратный процесс пересчета относительных единиц измерения по полученной регрессии приведет к закону эволюции для конкретной планеты в привычных единицах.

Например, из свойства линейного увеличения линейных размеров (закон Хаббла здесь частный случай) следует, что при удалении Луны от Земли на RM – E за год при расстоянии между ними RM – E, возраст Солнца и всех планет равен: t0 = RM – E/ RM – E = 10,1·109 лет.

Из увеличения линейных размеров космических тел следует, что радиус Земли увеличивается ежегодно на rE = rE/t0 = 0,63 мм/год. При этом Земля удаляется от Солнца на RE = RE/t0 = 14,8 метров в год.

Эволюция каждой из планет определена их предопределённой орбитой, радиусом и массой планеты, возрастом солнечной системы (единым для всех планет, Солнца и всей Галактики), что следует из наличия константы структуры и сохранения структуры Вселенной [4]. Такая теория принципиально отличается от механики Ньютона – Лапласа, а также от современных космологических теорий.

Постоянство структур Вселенной при линейном росте массы и линейном росте линейных размеров приводит к очень динамичным законам эволюции космических тел и Вселенной в целом. Например, уже плотность материи будет меняться по закону: , где t – время.

Благодаря теоретической планетологии найден ряд законов эволюции планет с атмосферами [6-9], что подтверждает свойства Вселенной в ЭТВ. При этом следует обратить внимание на то, что исходный элементный состав всех космических тел Вселенной одинаков, так как все они возникли одновременно.

Цель исследования

Донести в максимально доступной форме достижения Эмпирической Теории Вселенной (ЭТВ) и теоретической планетологии всем занимающимся практическим исследованием эволюции Земли и планет. В данной работе приведены результаты расчета для Земли основных законов эволюции планет в привычных координатах, изложенных в [6-9] и полученных в рамках теоретической планетологии по современным данным для Венеры, Земли и Марса.

Результаты исследования и их обсуждение

Закону эволюции температуры на планетах посвящены работы [8, 9]. В них показано отличие равновесной температуры планеты от температуры на ее поверхности, связанное с наличием атмосферы. Температура на поверхности планеты хорошо описывается в универсальных единицах измерения и для Земли имеет зависимость [8]:

, (1)

где R – значение текущего радиуса орбиты Земли.

В свою очередь текущий радиус орбиты вычисляется через возраст Земли t: . Основные сведения о планете приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные современные параметры планеты Земля

Эволюция температуры на поверхности Земли по формуле (1) в привычных координатах приведена на рис. 1.

Рис. 1. Эволюция температуры на поверхности Земли от возраста планеты. На кривую нанесены некоторые критические точки: темно-серый квадрат – кристаллизация гранита; черный квадрат – образование рифтов; светлая точка – критическая точка воды; серая точка – разрушения белка; черная точка – наше время

Кроме статистической значимости регрессии, можно проследить изменение температуры планеты по критическим точкам, которые сведены в табл. 2. Критическая точка представляет собой некоторое явление, которое характеризуется температурой и возрастом его проявления на планете. Рис. 1 демонстрирует отличное согласие теории и наблюдения.

Таблица 2

Критические точки планеты Земля.

Рис. 2 демонстрирует эволюцию относительной площади континентальной и океанической коры, на основе ранее полученных регрессий. Эти регрессии были получены в зависимости от универсальной единицы измерения. Относительная площадь континентальной и океанической коры вычислялись умышленно по разным регрессиям отдельно. Суммирование площадей по ним даёт полную относительную площадь планеты. Сравнение суммарной площади с идеалом (100 %) позволяет судить об ошибке расчёта. Для Земли отклонение суммы от идеала не превышают 12 % за весь период эволюции, но имеет систематическое отклонение в виде параболы.

Время начала формирования океанический коры оценивается t = 3·109 лет назад и несколько не совпадает по двум зависимостям, что говорит рассогласованности обеих регрессий. Возможно, выбор вида регрессионной зависимости для океанической коры сделан не верно.

Эволюция глубины океанической коры представлена на рис. 3.

Рис. 3. Эволюция глубины океанической коры Земли от возраста планеты

Эта зависимость получена по регрессии глубины океанической коры от температуры на поверхности планет:

. (2)

Из рисунка видно, что время начала формирования рифтов оценивается t = 3,97·109 лет назад, что отлично согласуется с возможностью расширения планеты [6]. То есть после кристаллизации поверхности планеты дальнейший рост ее поверхности в результате расширения происходил за счет формирования океанической коры со скоростью увеличения радиуса планеты, указанного в табл. 1.

Разногласия между рис. 2 и 3 связаны с проблемами трактовки гипсометрических кривых планет. За неимением наблюдательных данных по эволюции континентальной и океанической коры идею формирования океанической коры в результате расширения планеты после кристаллизации континентальной коры можно считать верной. Расчёт показывает, что образование рифтов не начинается сразу после образования коры. Проходит значительное время, когда заканчиваются пластические процессы и наращивается толщина кристаллической коры. То есть континентальная кора продолжает расширяться после кристаллизации, что должно отражаться в гипсометрических кривых. По-видимому, с этим связана проблема трактовки гипсометрических кривых.

Для понимания эволюции планет очень важно знать эволюцию атмосферы планеты. Получена следующая регрессия относительного давления атмосферы от универсальных единиц измерения:

. (3)

Эта регрессия в привычных единицах измерения для Земли представлена на рис. 4. Для сравнения с давлением атмосферы на рис. 4 приведена эволюция давления водяного пара.

Рис. 4. Эволюция давления атмосферы Земли от возраста – черная линия. Эволюция давления водяного пара – серая линия; серая точка – критическая точка воды

Как видно из рис. 4 давление атмосферы Земли всегда превышало давление водяного пара. В этом случае появление жидкой воды определено достижением температуры на поверхности планеты критической точки воды, что объясняет большое (максимально возможное) количество воды на планете и ее появление соответствует возрасту t = 3,36·109 лет назад. Такая датировка появления жидкой воды на Земле хорошо совпадает с наблюдением.

Теперь, зная эволюцию температуры, давления водяного пара, объема океанической впадины и поверхности планеты, рассчитаем эволюцию уровня океана над поверхностью континентальной коры (рис. 5).

Рис. 5. Эволюция уровня океана над поверхностью континентов в метрах от возраста Земли

Важную роль в возникновении жизни на Земле и в условиях её развития и эволюции играет мелководный океан, то есть наличие шельфа. Параметр уровень океана на континенте как раз характеризует наличие шельфа и его эволюцию. Уровень океана на континентах вычислялся из следующих соображений:

1. Разница давления водяного пара (пересчитанного в метрах воды) между критическим давлением и давлением при текущем возрасте Земли показывает количество конденсированной воды в метрах на единицу площади. Зависимость давления водяного пара от температуры взята из термодинамических таблиц в соответствующих единицах измерения;

2. Из этого количества сконденсированной воды вычитается слой, пошедший на заполнение океанической впадины. Слой воды, пошедший на заполнение океанической впадины равен произведению глубины океанической впадины H (по уравнению 2) на относительную текущую площадь океанической коры So(t) (рис. 2 из статьи [10]);

Рис. 2. Эволюция континентальной и океанической коры Земли в относительных единицах от возраста планеты: сплошная черная линия – континентальная кора; черная пунктирная линия – океаническая кора; серая пунктирная кривая – сумма континентальной и океанической коры; серая пунктирная прямая – поверхность планеты

3. Величина H по уравнению 2 равна разности между вершинами дифференциальной гипсометрической кривой Земли и не отражает среднюю глубину океана, поэтому в расчете использовано условное значение H·0,7. Абсолютное расширение поверхности планеты на рис. 5 не учитывалось.

Как видно из рисунка океаническая впадина практически всегда была переполнена, а в период t = (3÷1)·109 лет назад Земля представляла собой сплошной океан (средняя высота суши в наше время составляет 875 метров). Это следует из того, что по современной гипсометрической кривой только 6 % поверхности превышают высоту 1000 метров и 14 % поверхности – высоту 500 метров.

В момент зарождения жизни t = 0,65·109 лет назад уровень океана составлял примерно h = 600 метров, а поверхность суши составляла Sc = 13 %. Нет ничего удивительного в том, что жизнь на Земли зародилась в океане, а рост численности популяций следовал за ростом доли суши по мере отступления океана. В настоящее время материковая отмель составляет глубину до 200 метров, что качественно согласуется с рис. 5.

Нет ничего удивительного и в том, что в океане отсутствуют осадки, так как все они оставались на континентах. Высокую соленость воды можно объяснить тем, что океан длительное время промывал все возвышенности на континентах. Обогащение атмосферы кислородом можно также обосновать высоким уровнем воды на континентах и связыванием CO2 в известняках, которые остались на континентах при отступлении океана.

Заключение

В статье приведены пять рисунков, демонстрирующих эволюцию некоторых основных параметров Земли в привычных координатах измерения: температуры на поверхности планеты; площади континентальной и океанической коры; глубины океана; давления атмосферы и уровня океана. Эти рисунки служат иллюстрацией количественного теоретического прогноза, полученного на основе физической теории ЭТВ и теоретической планетологии для планеты Земля. Под прогнозом следует понимать не только будущее, но и непредсказуемое прошлое. Непредсказуемость состоит в том, что под сохранностью структур не следует понимать привычную стационарность мира. Наш мир оказался чрезвычайно динамичным. Основные параметры жизни: температура, давление атмосферы, влажность и уровень воды на суше. По рисункам видно, что перечисленные параметры претерпели огромнейшие изменения за короткое время существования жизни на Земле. Ч. Дарвин прав в том, что жизни на Земле постоянно приходилось приспосабливаться к непрерывно меняющимся условиям среды обитания.

Эмпирическая Теория Вселенной и теоретическая планетология позволили идею расширяющейся Земли превратить в точный количественный расчет, хорошо согласующийся с наблюдением.