Исследовательская работа по теме: “Возможна ли жизнь без Солнца?”

МБОУ Гремячевская СОШ

Исследовательская работа в номинации:

«Астрономия и космонавтика. Бионика».

Тема:

"Возможна ли жизнь без Солнца?"

Выполнил:

Дёмкин Андрей,

16 лет.

Руководитель:

Колганова М.В.

р.п. Гремячево, 2011 год.

Оглавление:

1.Введение……………………………………………………………………….. 3

2.Основная часть…………………………………………………………..……...4

2.1. Внутреннее строение Солнца………………………………………...…… .4

2.2. Планета Земля и ее внутреннее строение ………………………………….6

2.3. Солнце и его влияние на Землю…………………………………………….8

2.4. Воздействие Солнца на человека ………………………………………….11

2.5. Воздействие Солнца на растения…………………………………………..13

3.Заключение……………………………………………………………………..15

Список литературы………………………………………………………………16

1.Введение

Солнце - могучий источник жизни на Земле. Без солнечного света и тепла ни одно живое существо - ни человек, ни животное, не могли бы жить. Холодная или теплая погода, снег или оттепель, засуха или дождь - все это вызывается увеличением летом или уменьшением зимой солнечного тепла. Солнечное тепло идет на нагревание земной поверхности. Без этого наша планета замерзла бы, на ней установился бы холод. Нагреваясь, земная поверхность отдает часть тепла окружающему ее воздушному океану - атмосфере. В нижней части атмосферы дуют ветры. А представьте себе, что какая-то могучая сила сковала воздух, сделала его неспособным двигаться. На всей Земле не стало бы ветра, ни бешеных порывов урагана, ни даже легкого дыхания воздуха. Что же тогда получилось бы? Прекратился бы великий круговорот воды в природе, иссякли реки и ручьи, засохли травы на лугах, хлеба в полях, пожелтели бы и высохли леса. Вся суша превратилась бы в великую пустыню.
Человек обедает: ест щи с капустой, на второе - жареный картофель и на сладкое - ломоть арбуза. Это солнечные лучи помогли растению создать питательные вещества. Без растений на Земле не было бы ни животных, ни людей. Растения - это дрова, торф, каменный уголь. Если бы внезапно угасло Солнце, люди смогли бы просуществовать несколько десятилетий за счет солнечного тепла, накопленного растениями. Потом жизнь прекратилась бы. Но Солнце существует давно и будет существовать еще миллиарды лет.

Актуальность: В наше время каждый стремится узнать о Солнце (приложение 1, №1 и №2), как можно больше, и делает это не только ради любопытства, а, прежде всего, во имя своего будущего.

Гипотеза: какое значение в жизни на Земле играет Солнце?

Цель: узнать, возможна ли на Земле жизнь без Солнца.

Задачи:

1)изучить влияние Солнца на планету Земля и на ее обитателей; 2)узнать, возможна ли жизнь растений без солнечного света?

2.Основная часть

Возможна ли жизнь на Земле без Солнца? Вообразим, что Солнце вдруг исчезло или что какая-то огромная заслонка преградила путь его лучам к нашей планете. Тогда Земля внезапно погрузится во мрак. Луна и планеты, отражающие солнечные лучи, также перестанут светить. Лишь тусклый свет далеких звезд будет освещать Землю. Зеленые растения погибнут, так как они могут усваивать углерод из воздуха только под воздействием солнечных лучей. Животным нечем будет питаться, и они начнут вымирать от голода. Помимо этого, все живое станет замерзать от страшного холода, который быстро распространится по Земле. Воздух, океаны и суша очень скоро отдадут мировому пространству ту энергию, которую они постоянно получают от Солнца. Перестанут дуть ветры, и замерзнут все водоемы. Начнет сжижаться воздух, и на Землю польется дождь из жидкого кислорода и азота. В результате наша планета покроется слоем льда из твердого воздуха. Сможет ли в таких условиях существовать жизнь? Конечно, нет.

К счастью, каждый день Солнце посылает на Землю свои животворные лучи, нагревая сушу, воды и воздух, заставляя испаряться водоемы, приводя к образованию облаков и ветров, способствуя выпадению осадков, давая тепло и свет животным и растениям.

Энергия Солнца огромна. Даже та ничтожная ее доля, которая попадает на Землю, оказывается очень большой. Энергия солнечных лучей, падающих на квадратный метр земной поверхности, может заставить работать двигатель мощностью около двух лошадиных сил, а вся Земля в целом получает от Солнца в десятки тысяч раз больше энергии, чем могли бы выработать все электростанции мира, если бы они работали на полную мощность.

2.1.Внутреннее строение Солнца.

Наше Солнце - это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Внутренний объём Солнца можно разделить на несколько областей; вещество в них отличается по своим свойствам, и энергия распространяется посредством разных физических механизмов.

В центральной части Солнца находится источник его энергии, или, говоря образным языком, та «печка», которая нагревает его и не даёт ему остыть. Эта область называется ядром. Под тяжестью внешних слоев вещество внутри Солнца сжато, причём чем глубже, тем сильнее. Плотность его увеличивается к центру вместе с ростом давления и температуры. В ядре, где температура достигает 15 млн. Кельвинов, происходит выделение энергии.

Эта энергия выделяется в результате слияния атомов лёгких химических элементов в атомы более тяжёлых. В недрах Солнца из четырёх атомов водорода образуется один атом гелия. Именно эту страшную энергию люди научились освобождать при взрыве водородной бомбы. Есть надежда, что в будущем человек сможет научиться использовать её и в мирных целях.

Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его объёме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца.

Но энергия горячего ядра должна как-то выходить наружу, к поверхности Солнца. Существуют различные способы передачи энергии: лучистый перенос, конвекция и теплопроводность.

Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света - квантов. В целом процесс этот крайне медленный. Чтобы квантам добраться от центра Солнца до фотосферы, необходимы многие тысячи лет: ведь кванты всё время меняют направление, почти столь же часто двигаясь назад, как и вперёд. Но когда они в конце концов выберутся наружу, это будут уже совсем другие кванты. Что же с ними произошло?

В центре Солнца рождаются гамма-кванты. Их энергия в миллионы раз больше, чем энергия квантов видимого света, а длина волны очень мала. По дороге отдельный квант сначала поглощается каким-нибудь атомом, но тут же снова переизлучается; чаще всего при этом возникает не один прежний квант, а два или даже несколько. По закону сохранения энергии их общая энергия сохраняется, а потому энергия каждого из них уменьшается. Так возникают кванты меньших энергий. Мощные гамма-кванты как бы дробятся на менее энергичные кванты - сначала рентгеновских, потом ультрафиолетовых и наконец видимых и инфракрасных лучей. В итоге наибольшее количество энергии Солнце излучает в видимом свете, и не случайно наши глаза чувствительны именно к нему.

Кванту требуется очень много времени, чтобы просочиться наружу. Так что если бы «печка» внутри Солнца вдруг погасла, то мы узнали бы об этом только миллионы лет спустя.

2.2.Планета Земля и ее внутреннее строение

Земля (приложение 1, №3), как одна из планет Солнечной системы, на первый взгляд ничем не примечательна. Это не самая большая, но и не самая малая из планет. Она не ближе других к Солнцу, но и не обитает на периферии планетной системы. И все же Земля обладает одной уникальной особенностью - на ней есть жизнь.

Появление жизни, живого вещества - биосферы - на нашей планете явилось следствием ее эволюции. В свою очередь биосфера оказала значительное влияние на весь дальнейший ход природных процессов.

Диаметр Земли составляет 12756 км. Недра Земли (приложение1, №4)состоят из трех основных частей: коры, оболочки (мантии) и ядра.

Кора отделяется от оболочки отчётливой границей, на которой скачкообразно возрастают скорости сейсмических волн, что вызвано резким повышением плотности вещества. Эта граница носит название раздел Мохоровичича (иначе - поверхность Мохо или раздел М) по фамилии сербского сейсмолога, открывшего её в 1909 г.

Толщина коры непостоянна, она изменяется от нескольких километров в океанических областях до нескольких десятков километров в горных районах материков. В самых грубых моделях Земли кору представляют в виде однородного слоя толщиной порядка 35 км. Ниже, до глубины примерно 2900 км, расположена мантия. Она, как и земная кора, имеет сложное строение.

Ещё в XIX столетии стало ясно, что у Земли должно быть плотное ядро. Действительно, плотность наружных пород земной коры составляет около 2800 кг/м3 для гранитов и примерно 3000 кг/м3 для базальтов, а средняя плотность нашей планеты - 5500 кг/м3. В то же время существуют железные метеориты со средней плотностью 7850 кг/м3 и возможна ещё более значительная концентрация железа. Это послужило основанием для гипотезы о железном ядре Земли. А в начале XX в. были получены первые сейсмологические свидетельства его существования.

Граница между ядром и мантией наиболее отчётливая. Она сильно отражает продольные (Р) и поперечные (S) сейсмические волны и преломляет Р-волны. Ниже этой границы скорость Р-волн резко падает, а плотность вещества возрастает: от 5600 кг/м3 до 10 000 кг/м3. S-волны ядро вообще не пропускает. Это означает, что вещество там находится в жидком состоянии.

Есть и другие свидетельства в пользу гипотезы о жидком железном ядре планеты. Так, открытое в 1905 г. изменение магнитного поля Земли в пространстве и по интенсивности привело к заключению, что оно зарождается в глубинах планеты. Там сравнительно быстрые движения могут происходить, не вызывая катастрофических последствий. Наиболее вероятный источник такого поля - жидкое железное (т. е. проводящее токи) ядро, где возникают движения, действующие по механизму самовозбуждающегося динамо. В нём должны существовать токовые петли, грубо напоминающие витки провода в электромагните, которые и генерируют различные составляющие геомагнитного поля.

В 30-е гг. сейсмологи установили, что у Земли есть и внутреннее, твёрдое ядро. Граница наружной зоны Земли - литосферы - расположена на глубине порядка 70 км. Литосфера включает в себя как земную кору, так и часть верхней мантии. Этот жёсткий слой объединяется в единое целое его механическими свойствами. Литосфера расколота примерно на десять больших плит, на границах которых случается подавляющее число землетрясений.

Под литосферой на глубинах от 70 до 250 км существует слой повышенной текучести - так называемая астеносфера Земли. Жёсткие литосферные плиты плавают в «астеносферном океане».

В астеносфере температура мантийного вещества приближается к температуре его плавления. Чем глубже, тем выше давление и температура. В ядре Земли давление превышает 3600 кбар, а температура - 6000 С.

2.3. Солнце и его влияние на Землю

Видимый глазом человека свет всегда приносит энергию, которая согревает материю и активизирует в ней различные химические реакции. Достигая Земли, эти световые лучи поглощаются всей земной материей, в том числе растениями и телом человека. Эти световые лучи буквально растворяются в живой материи, впитываются ею и обогащают живую материю новыми свойствами. Материя, впитавшая в себя солнечные лучи, не только нагревается, но тоже начинает как бы светиться. Вот и получается, что на нашей планете все без исключения светится, все испускает невидимые лучи: и растения, и минералы, и вода, и животные, и птицы, и человек. Уменьшение свечения свидетельствует о нарушениях в организме - о болезни. Если тело впитывает в себя недостаточно солнечных лучей, оно неизбежно начинает болеть.

Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы невозможна жизнь на ней не только человека, но и даже микроорганизмов. Солнце - главный (хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле процессов.

Солнце посылает на Землю электромагнитные волны (приложение2, №1) всех областей спектра - от многокилометровых радиоволн до гамма-лучей. Окрестностей Земли достигают также заряженные частицы разных энергий - как высоких (солнечные космические лучи), так и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек). Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц - нейтрино. Однако воздействие последних на земные процессы пренебрежимо мало: для этих частиц земной шар прозрачен, и они свободно сквозь него пролетают.

Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли (остальные отклоняет или задерживает геомагнитное поле). Но их энергии достаточно для того, чтобы вызвать полярные сияния (приложение2, №2) и возмущения магнитного поля нашей планеты.

Поглощение рентгеновских и жёстких ультрафиолетовых лучей начинается на высотах 300-350 км; на этих же высотах отражаются наиболее длинные радиоволны, приходящие из космоса. При сильных всплесках солнечного рентгеновского излучения от хромосферных вспышек рентгеновские кванты проникают до высот 80-100 км от поверхности Земли, ионизуют атмосферу и вызывают нарушение связи на коротких волнах.

Мягкое (длинноволновое) ультрафиолетовое излучение способно проникать ещё глубже, оно поглощается на высоте 30-35 км. Здесь ультрафиолетовые кванты разбивают на атомы (диссоциируют) молекулы кислорода (О₂) с последующим образованием озона (О₃). Тем самым создаётся не прозрачный для ультрафиолета «озонный экран», предохраняющий жизнь на Земле от гибельных лучей. Не поглотившаяся часть наиболее длинноволнового ультрафиолетового излучения доходит до земной поверхности. Именно эти лучи вызывают у людей загар и даже ожоги кожи при длительном пребывании на солнце.

Излучение в видимом диапазоне поглощается слабо. Однако оно рассеивается атмосферой даже в отсутствие облаков, и часть его возвращается в межпланетное пространство. Облака, состоящие из капелек воды и твёрдых частиц, значительно усиливают отражение солнечного излучения. В результате до поверхности планеты доходит в среднем около половины падающего на границу земной атмосферы света.

Количество солнечной энергии, приходящейся на поверхность площадью 1 м², развёрнутую перпендикулярно солнечным лучам на границе земной атмосферы, называется солнечной постоянной. Измерять её с Земли очень трудно, и потому значения, найденные до начала космических исследований, были весьма приблизительными. Небольшие колебания (если они реально существовали) заведомо «тонули» в неточности измерений. Лишь выполнение специальной космической программы по определению солнечной постоянной позволило найти её надёжное значение. По последним данным, оно составляет 1370 Вт/м².

На Земле излучение поглощается сушей и океаном (приложение2, №3). Нагретая земная поверхность в свою очередь излучает в длинноволновой инфракрасной области. Для такого излучения азот и кислород атмосферы прозрачны. Зато оно жадно поглощается водяным паром и углекислым газом. Благодаря этим малым составляющим воздушная оболочка удерживает тепло. В этом и заключается парниковый эффект атмосферы.

В конце 50-х гг. XX в. американский астрофизик Юджин Паркер пришёл к выводу, что, поскольку газ в солнечной короне имеет высокую температуру, которая сохраняется с удалением от Солнца, он должен непрерывно расширяться, заполняя Солнечную систему. Результаты, полученные с помощью советских и американских космических аппаратов, подтвердили правильность теории Паркера.

В межпланетном пространстве действительно мчится направленный от Солнца поток вещества, получивший название солнечный ветер. Он представляет собой продолжение расширяющейся солнечной короны; составляют его в основном ядра атомов водорода (протоны) и гелия (альфа-частицы), а также электроны. Частицы солнечного ветра летят со скоростями, составляющими несколько сот километров в секунду, удаляясь от Солнца на многие десятки астрономических единиц - туда, где межпланетная среда Солнечной системы переходит в разреженный межзвёздный газ. А вместе с ветром в межпланетное пространство переносятся солнечные магнитные поля.

2.4. Воздействие Солнца на человека

Мы, конечно, знаем, что Солнце - это звезда. Но чаще относимся к нему как к некому макро-Чубайсу, регулирующему подачу света и тепла по собственному произволу. Меж тем человечество давно и основательно находится в зависимости от этого раскаленного шара. И дело даже не в погоде. Наша зависимость от Солнца проявляется ежедневно и ежечасно: в биоритмах.
Часы максимальной суточной активности органов человека:
Печень - с 1 до 3 часов ночи; легкие - с 3 до 5 часов утра; толстая кишка - с 5 до 7 часов утра; желудок - с 7 до 9 часов утра; селезенка и поджелудочная железа - с 9 до 11 часов утра; сердце - с 11 до 13 часов дня; тонкая кишка - с 13 до 15 часов дня; мочевой пузырь - с 15 до 17 часов дня; почки - с 17 до 19 часов вечера; органы кровообращения, половые органы - с 19 до 21 часов вечера; органы теплообразования - с 21 до 23 часов ночи; желчный пузырь - с 23 до 1 часу ночи.
Несмотря на то, что словом «биоритмы» пользуются все, кому не лень, подразумевая что-то свое, явление это действительно существует. Доказательства? Пожалуйста! Все живые организмы живут в определенном ритме: вдох - выдох, уснул - проснулся, родился - умер. В определенном ритме бьется сердце, сокращается кишечник и работают легкие. Только часть этих ритмов относительно самостоятельна, а остальные - напрямую зависят от условий, которые нам предоставляет окружающая среда. В том числе и от Солнца.
Самое очевидное в нашей жизни - суточные биоритмы. Врачи настаивают на том, что идеальным для человеческого здоровья является жизнь «по солнечным часам»: вставать на рассвете, ложиться после захода Солнца. Это объясняется тем, что только во сне и только в темноте вырабатывается гормон мелатонин, так называемый «гормон ночи», отвечающий за синхронизацию биоритмов в организме, нейтрализующий свободные радикалы и участвующий в производстве серотонина. Проще говоря, мелатонин служит тому, чтобы жили ритмично, меньше старели и находились в приподнятом настроении. Придерживаться ли естественных суточных биоритмов или нет? - «совы» и «жаворонки» решают этот вопрос по-своему. Но любопытно другое: неоднократно проводились эксперименты, когда людей на долгое время поселяли в изолированные помещения без часов и с искусственным освещением. И через некоторое время их индивидуальные сутки начинали растягиваться до 36 или 48 часов. Значит, вполне возможно, что человеческому организму нужен более длительный суточный цикл. Но мы зависим от того, какой ритм диктует нам звезда по имени Солнце. Кстати, по суточным биоритмам живут только взрослые. Новорожденные, по крайней мере в первые 3 месяца жизни, придерживаются недельных циклов. Перевести их на наши привычные суточные биоритмы помогает тот самый гормон мелатонин. Предполагается, что если он вырабатывается в недостаточном количестве, ребенок погибает. Другое хорошо знакомое нам явление - сезонные биоритмы. Мы постоянно на собственной шкуре чувствуем смену времен года, негодуя то на осеннюю депрессию, то на зимнюю спячку, то на «весенние обострения» у окружающих. Лекарства от всех этих напастей помогают лишь частично. Ничего удивительного: таблеток, помогающих при смене биоритмов, еще не придумано.
Между тем расстройств, связанных со сменой сезонных биоритмов, предостаточно: причина большинства из них - сокращение светлого времени суток. Считается, что страх человека перед темнотой - это атавизм, доставшийся от пещерных предков. И тем не менее он продолжает работать. Среди напастей, причиной которых является недостаток света - резкие перепады настроения, депрессии, самоубийства. И все это (кроме, конечно, самоубийств) можно запросто вылечить светотерапией, которая, например, эффективно практикуется в скандинавских странах. И все-таки напрасно мы сравнивали Солнце с осветительным прибором. На этой «волшебной лампе» происходят собственные химические процессы, всплески и спады активности. И мы опять попадаем в зависимость от всего, что творится наверху. Начнем с того, что при вспышках солнечной активности, которые чаще называют взрывами, покоя на нашей планете как не бывало: изменяется магнитное поле Земли, начинают расти или убывать популяции животных. Солнечные вспышки не обходят стороной и человека: чем сильнее солнечная активность, тем выше вероятность ДТП и катастроф (поскольку снижается способность концентрироваться), обострения хронических и сердечно-сосудистых заболеваний и прочих неприятностей. Солнечная активность распространяется и на техническую деятельность людей - магнитные бури и жесткое излучение способны натворить немало бед, когда наша безопасность зависит от электроники не меньше, чем от урожайности посевов тысячи лет назад.

2.5. Воздействие Солнца на растения.

Но поговорим о жизни растений без Солнца.

Солнце влияет на растения не только косвенно, изменяя климат, но и прямо. Под действием потоков заряженных частиц, выбрасываемых из Солнца во время солнечных бурь, меняется магнитное поле Земли. Его изменение влияет непосредственно на клетки растений. Проницаемость клеточных мембран увеличивается, а эффективность обменных процессов с внешней средой растет. Значит, в это время растение получает возможность более интенсивно «забирать» нужные ему питательные вещества. Обычно растениям в комнатных условиях очень не хватает света (причем не только зимой, но и летом), а мало света - нет развития, нет роста, нет цветения. Тут и возникает вопрос о досвечивании растений, чтобы возместить им недостаток освещения. Симптомы недостатка света: либо растение не развивается, либо его побеги тянутся вверх. Листья становятся тёмно-зелёными или сероватыми и крупнее обычного размера, иногда вянут. Растение не цветёт, точка роста часто засыхает. Не образуются новые почки. Опадают листья, часто ещё зелёные. Почва подолгу не пересыхает, растение "не хочет пить". Чтобы помочь растению, надо переместить его в более светлое место. Чтобы убедиться в вышесказанном, проведем следующие эксперименты:

Эксперимент №1 (приложение №3, рис. А, В)

В одно и то же время сажаем зерно в обычный цветочный горшок и в цветочный горшок (А), который размещен внутри коробки с маленьким отверстием (В), чтобы свет поступал, как нам нужно.

По происшествии нескольких дней (если за растения поливать и заботиться о них) мы увидим: первое растение выросло вверх; второе - в направлении к отверстию, то есть к источнику света

Эксперимент №2 (приложение №3, рис. С, D)

Поместим зерно на влажную ткань и дождемся его прорастания. Когда это произойдет, посадим его корнем вверх, а стволом вниз(C). По прошествии нескольких дней наблюдаем - направление роста этих частей изменилось(D): корень стремиться вниз, а ствол - вверх в поисках света.

Эксперимент №3

Возьмем два одинаковых растения - герани. Одно растение оставим на свету, другое поместим в тёмное место и накроем чёрным бумажным пакетом. Через 14 дней снимем чёрный бумажный пакет со второго растения. В результате опыта растение, находившееся на свету, выглядит здоровым, крепким, появились новые листья. Растение, находившееся под чёрным пакетом, стало слабым. Листья этого растения бледные, некоторые пожелтели, черенки листьев истончились. Стебель бледный, видны прожилки.

3.Заключение

В результате знакомства с информацией, проведения исследования я могу сделать вывод, что жизнь без Солнца на земле просто невозможна. Солнце влияет на жизнь животных, растений и людей. Солнце - главный источник света на Земле. Но без него не было бы и тепла. Так же солнце является первоначальным источником и других видов энергии. Солнце - жизненно важные часы для растений. Солнечный свет - одно из главных условий фотосинтеза. В жизни большинства животных свет играет важную роль. Животные ориентируются с помощью зрения, приспособлены к определенной освещенности. Издавна Солнце оказывает всевозможное влияние на человека: физическое и духовное. Человек и звери так же, как и растения зависит от солнечной активности. Солнце - самая мощная и долговечная машина, которая посылает тепло и свет, необходимые для жизни на Земле. Жизнь без Солнца невозможна!

Литература:

1. Большой А.А., Мещеряков И.В., Сильвестров С.Д.. «Космос-Земля». М; «Наука» 1981

2. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания. - М., 2004.

3. Газенко О.Г., Пестров И.Д., Макалов В.И. «Человечество и космос» М; «Наука» 1987

4. Гильберг Л.А. «От самолета к орбитальному комплексу» М; «Просвещение» 1992

5. Дубиищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - М., 2003. 607 с.

6. Киппенхан Р.100 миллиардов Солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд. - М.: Мир, 1990.

7. Сурдин В.Г. Рождение звезд. М.: УРСС, 1997

8. Шаткин Г.А. Наша планета - Земля // Наука и жизнь. -1999

9. Щеглова И.Б. Атлас по биологии. М., 2004

10. federalspace.ru

Приложение 1

№1 Солнце №2 Солнце над Землей

№3 Земля

№4 Строение Земли

Кора

Мантия

Ядро внешнее

Ядро внутреннее

Приложение 2

№1 Виды излучения

№2 Полярное сияние 1 Полярное сияние 2

№3 Проникновение и отражение солнечной радиации

Приложение 3