Аннотация: Жизнь и условия на древней расширяющейся Земле с точки зрения физика
ДИНОЗАВРЫ ПРОТИВ РАСШИРЕНИЯ ЗЕМЛИ
Задумал это написать после того, как в прошлом году, почти не участвуя, следил за одним спором на форуме и посмотрел немало разных видеороликов про расширение Земли. Поэтому решил поделиться размышлениями.
В этой статье я не буду защищать или критиковать саму идею расширения Земли, а только попытаюсь, с точки зрения физика, представить каковы были бы условия на нашей планете в прошлом. И как бы это сказывалось на живых организмах.
Возможно, что эти рассуждения могут, через палеонтологию, дать подсказки сторонникам или противниками идеи расширения.
Вариант расширения планеты с увеличением массы рассматривать в этой статье не буду.
Речь пойдет только о варианте с расширением Земли без увеличения массы, поскольку он не противоречит основам физики и уповает на химию высоких давлений, на свойство некоторых веществ очень-очень сильно менять свою плотность.
Итак, представим, что в очень далекие времена наша планета была заметно меньше, обладая той же массой. Всякому, кто знаком с астрономией, будет ясно, что на тяжелой и уплотненной планете гораздо больше сила тяготения.
Гидридная гипотеза дает расчеты, что в начале своего существования Земля была в 1,7 раза меньше по диаметру. Это значит, что объем меньше в пять раз, а площадь поверхности была меньше в три раза.
Cтарая площадь поверхности это почти как раз площадь современных материков, а старая кора это гранитный слой, которого под океанами нет. По этой идее, океаны появились как раз в процессе расширения, вместе с гораздо более молодой и тонкой базальтовой корой.
Практически вся океаническая кора мезозойского или кайнозойского возраста. Это я упоминаю для того, чтобы выбрать эпоху про которую будем рассуждать.
Итак, для простоты, упоминать в расчетах чаще буду либо совсем дремучие архейские времена, когда сила тяжести была в 3 раза больше современной, или начало мезозойской эры, когда одна превосходила современную где-то вдвое.
Если стоять на равнине, то с высоты человеческого роста линия горизонта находится на расстоянии около 4,8 километров, а в архейские времена до горизонта было 3,7 километров. Снизу разница в размерах планеты показалась бы не особо заметной.
Маятник в руках качался бы с гораздо большей частотой, чем в наше время, поскольку ускорение падения (g) не 9,8 как ныне, а 28,6.
Сейчас, чтобы вывести спутник на орбиту (достичь первой космической скорости) нужно 7,9 километров в секунду, а тогда 10,34. А вторая космическая скорость (необходимая, чтобы совсем покинуть окрестности планеты), не 11,2, а 14,6 км. в секунду.
При такой второй космической даже легким газам было сложнее покидать атмосферу Земли. Поэтому дегазация могла идти не так как сейчас, водород уходил не сразу. Могло ли это порождать его скопление в верхних слоях атмосферы? Могли бы чаще происходить взрывы? Мог ли вообще существовать в таких условиях озоновый слой, который несовместим с водородом?
Когда говорят о влиянии повышенной силы тяжести на живые существа, то всегда имеют в виду сухопутных животных, ведь водных поддерживает архимедова сила. Им, вроде бы, тяготение нипочем, они же в воде как невесомые.
А вот и зря думают, что организмам, живущим в море, повышенная гравитация не важна! Всякий водолаз знает, что с каждыми десятью метрами глубины давление повышается на одну атмосферу. Но при удвоенной гравитации давление с глубиной должно повышаться вдвое быстрей.
Это значит, что все неприятные эффекты декомпрессии начинаются с гораздо меньших глубин. И вот что удивительно, палеонтологи находили в костях ихтиозавров признаки "ифаркта костей", предполагая, что им приходилось слишком часто нырять и всплывать с больших глубин. Но если сила тяготения была повышенной, то глубины могли быть вполне даже небольшими.
Солнечный свет проникал на глубины с большим давлением. Во первых, потому что высокое давление начиналось с меньших глубин, а во-вторых, потому что грязь из-за тяготения быстрее оседала на дно.
Архимедова сила при повышенной гравитации действует резче.
Было бы интересно задать вопрос палеонтологу Ярославу Попову, как специалисту по древним рыбам, не было ли у них каких-то странностей с плавательным пузырем или еще каких-то аномалий.
В триасовом периоде динозавры были еще небольшими, а самые впечатляющие образцы появились ближе к концу эпохи динозавров, ближе к нам, в конце мелового периода. Меловой период сам по себе длиннее чем вся наша Кайнозойская эра, а примерно такхих же периодов в Мезозойскую эру было три.
Как я не раз говорил, от нашего времени до тираннозавра гораздо ближе, чем от тираннозавра до стегозавра, существовашего в юрском периоде, они никогда не встречались.
И если планета действительно расширялась, то за это продолжительное время разные динозавры жили в очень разных гравитационных условиях.
Динозавров часто противопоставляют сторонникам гидридного расширения Земли. Ведь повышенное тяготение очень мешало бы жить столь крупным существам.
В ответ высказывается, что крупные динозавры вели полуводный образ жизни. Например, давно привычно представить жирного завропода, который высунул длинную шею из воды, поедая растения на берегу. Да, они действительно предпочитали для обитания такие места.
И вот тут возникает возможность кое-что проверить! Палеонтологи уже задумывались, что если завропод погружен в воду, высунув тольго голову, то ему требуются дополнительные усилия, чтобы дышать, ведь расширению грудной клетки препятствует давление воды. И в палеонтологический новостях я как-то даже слышал упоминание, что пытались оценить развитость мышц завропода, которые были задействованы для дыхания.
Шея у такого динозавра длинная, поэтому при удвоенной гравитации, телу на глубине 10 метров придется преодолевать давление на одну атмосферу больше, а это при таких размерах грудной клетки дополнительные тонны. Кстати, как недавно выяснилось, у многих завроподов были очень хорошо развиты воздушные мешки прямо в шее.
Было бы интересно спросить об этом у палеонтолога Павла Скучаса, как специалиста по мезозойским позвоночным...
Некоторые живые существа и в наше время имеют внутриглазные кольца. Они нужны, чтобы поддерживать форму глаза, если глаз большой, или если существо резко движется, или движется, испытывая сопротивление воды.
Но, разглядывая скелеты вымерших животных, я заметил, что в пермском периоде внутриглазные костные кольца имели даже небольшие и медлительные существа. Чтобы даже маленький глаз не деформировался тяготением?
Еще в школьном возрасте я читал, что раскопки и препарирование земноводных каменоугольного периода нередко вызывают у палеонтологов приступы безудержного хохота. Грешно смеяться над останками живых существ, но уж слишком смешно иногда выглядят их черепа, смятые и перекошенные.
Это объясняется тем, что почвенные кислоты болот размягчали костную основу черепов, поэтому они легче сминались в грунте. Однако, если придерживаться мнения о повышенном тяготении, это мого так же означать, что тогда тяжесть почвы сильнее давила на меньших глубинах. В наши времена кости попадают в более глубокие пласты уже сильно минерализованными, к тому времени черепа обычно заполнены и внутри как сплошной камень.
Но при повышенной гравитации черепа расплющивались еще в перегное, еще до того как становились камнем. А почвенные кислоты действительно делали кость мягче, поэтому черепушки не ломались, а просто сминались. И потом окаменевали в таком виде.
Кстати, у древнейших земноводных черепа даже при жизни имели весьма плоскую форму. Это объясняется стороением челюстных мышц.
Про громадность древних насекомых. При всех своих впечатляющих размерах древние стрекозы весли не больше воробья. В нынешнее время есть жуки тяжелее.
70-сантиметровый меганевропсис, по оценкам разных палеоэнтомологов, весил всего 18-34 грамм.
Для насекомых большее значение имеет концентрация кислорода. При 35% концентрации атмосферного кислорода, которая наблюдалась в позднем палеозое, скорость его диффузии в трахеях была на 67% выше, чем сейчас. Следовательно, трахеи при том же диаметре могли доставлять кислород глубже в тело. Насекомые того периода примерно на те же 67% крупнее современных.
Но в палеозое были и мелкие насекомые. Одновременно с 70-сантиметровыми стрекозами существовали трипсы с размахом крыльев всего 4 миллиметра. Еще причина гигантизма древних насекомых - отсутствие летающих позвоночных хищников. Сейчас бы они стали легкой добычей птиц, несмотря на размеры.
Многие думают, что при большем тяготении древние животные должны были двигаться медленнее. А вот это как раз наоборот. Скорость бега зависит от скорости падения.
Это при низкой гравитации бег медленный и плавный, а при повышенной увеличивается частота шагов. Так что первые динозавры могли бегать еще быстрее, чем мы думаем, правда тут возникает ограничение по прочности костей. Потому, что резче сила удара лапой об землю.
Последние динозавры жили уже гораздо ближе к нам, поэтому при них условия уже не так сильно отличались от современных.
Дождевые капли должны при большей гравитации падать с большей скоростью, и следы от них на песке должны были быть глубже. Но при повышенной силе тяжести капли получаются мельче, потому что им труднее дольше удержаться в облаке, а еще имеет значение плотность атмосферы. Один эффект маскирует другой, так что тут трудно разобраться.
При повышенной гравитации волны на море были соответственно ниже, но били они с не меньшей силой. Скорость распространения волн заметно больше, что касается и волн цунами, которые распространялись очень быстро, и были более разрушительными при меньшей высоте.
Волны прибоя накатывали на берег не с умиротворяющей неспешностью, а с большей частотой. Та же физика, что и с маятником при повышенной гравитации.
Про Луну и приливы вообще удивительная история, достойная отдельной статьи. Надо сказать, что компактность изначальной Земли позволила бы избежать парадокса с километровыми приливами, которые должны были бы быть в глубокой древности.
Как сейчас известно, Луна удаляется из-за приливного взаимодействия. Раньше она была гораздо ближе, значит приливное взаимодействие тогда проявлялось с грандиозной силой и тормозило вращение Земли. То есть, если наша планета изначально была объемной, то удаление Луны сначала должно быть быстрым и потом замедляться до современных значений.
А вот если Земля была плотной и компактной, то эффекты торможения и удаления гораздо меньше, значит в начале Луна не была так катастрофически близко к нашей планете. А торможение вращения Земли не только из-за приливного взаимодействия, но и за счет расширения самой планеты.
И график удаления Луны, и график торможения вращения Земли тогда должен быть посложнее. Поскольку расширение планеты усиливало ее приливное взаимодействие со спутником.
У тектоники плит есть проблема, о которой упоминают очень редко. Точнее, я о таком читал только один раз в журнале "Наука и жизнь" восьмидесятых годов.
А дело в том, что материки со временем разрушаются, что известно не только любому геологу, но даже младшему школьнику на уроке природоведения. Это называется процессами выветривания, реки каждый год выносят больше пары миллиардов тонн минеральных веществ.
Континенты должны были быстро перестать существовать, они бы давно сровнялись с уровнем моря, а то и с уровнем дна, если бы существовали с самого начала. Но материковая гранитная кора старая, гораздо старее, чем могли бы выдержать материки, процесс гранитизации шел, в основном два миллиарда лет назад.
Существуют красивые карты древних континентов, которые сходились и расползались в незапямытные времена, сплывались в древние суперконтинеты с загадочными названиями. Мне это эстетически нравится, но со временем я стал относиться к таким картам как к фэнтезийным из выдуманных миров.
Чтобы материки не сровняло выветриванием они должны были как-то постоянно расти, но это противоречит возрасту гранита. Или получается что в архейские времена их высота над уровнем моря должна была быть в нереальные десятки или сотню километров.
Так что возможно Пангея была первым и последним суперконтинентом. А до нее кора была сплошная, поэтому ей некуда было деваться. Это довод в пользу расширения Земли.
Правда и в этом случае не совсем понятно как континенты сохранились со времен палеозоя, когда начали разделяться. Потому что при повышенной гравитации процессы выветривания и размывания шли быстрее. Значит они были достаточно высокие над уровнем раскрывающихся океанов?
Сейчас очень тудно определить, насколько высокими или низкими могли быть горы в прежние геологические эпохи. Не помогут признаки высотной поясности, а ледниковые отложения могут обмануть.
При повышенной гравитации атмосфера тоньше, она прижата к поверхности планеты. И общее количество воздуха не всегда было современным, оно должно возрастать со временем за счет вулканической активности так же как и количество воды в гидросфере.
Поэтому во времена, когда атмосферы было меньше, а тяготение больше, то ледники в горах могли возникать на меньшей высоте. И повсеместные ледниковые отложения даже вблизи экватора могли быть ошибочно приняты за всепланетное оледенение. Правда и горы тогда должны быть ниже. Вот мы опять видим, как один эффект маскирует другой.
Многие знают, что под давлением лёд становится текучим, поэтому ледники ползут с гор. Снизу они пластичны, а поверху при этом растрескиваются. Но при повышенной гравитации это могло происходить и с более тонкими пластами льда.
Разумеется, что лёд давно растаял, но может быть это как-то сказалось на ледниковых отложениях, на перенесенных ими массах камня. А еще гравитация должна была сильно влиять на текучесть лавы. При повышенном тяготении лава должна, даже несмотря на вязкость, дальше растекаться по прежде чем застынет. Я думаю, что геологам вполне по силам определить по составу какая могла быть вязкость, и сопоставить ее с крутизной вулканического склона.
И пепел при извержениях выпадал с другой скоростью. Быстрее, если ему не мешало сопротивление плотной атмосферы, давление которой резче падало с высотой.
Из-за того, что при высоком тяготении архимедова сила действует резче, то все конвекционные явления в атмосфере и океане должны быть более бурными. Это значит, что все модели древнего климата до Кайнозоя не верны, на них нельзя полагаться в расчетах на будущее. Особенно когда речь о парниковом эффекте и опасности (или не опасности) потепления.
Сила кориолиса на компактной и быстровращающейся планете должна быть значительно сильней.
Это значит, что циклоны в атмосфере должны быть тоже компактными, но с другой стороны, они располагаются на планете меньших размеров, где из-за кривизны резче градиент между освещенностью и климатическими зонами.
В таком случае вся палеоклиматология рушится!
В геологии о силе кориолиса чаще всего напоминают изгибы односторонне подмытых речных берегов.
Тогда извивы рек не просто должны быть более резкими, но повышенное тяготение заставляет воду с большей силой подмывать берег. И это предположение вполне пригодно для проверки геологами.
Просматривая одну из лекций по палеонтологии, я слышал, что в пермском периоде с прежних Уральских гор текли реки, которые вообще не имели постоянного русла. Они настолько быстро размывали собственные берега, что это как-то намекает на значительное действие сил Кориолиса.
Приняв условия разных теорий расширения Земли, можно слелать еще очень много выводов. Для физика они открывают вдохновляюще огромное пространство для работы.
Впоследствии, когда нибудь, может быть рассмотрю вариант расширения с увеличением массы, хотя сомневаюсь.
Zloradovuch (c) 2023-2024
-------------
1. Школьные учебники физики за 7-9 классы.
2. Бялко А. В. Наша планета - Земля. -М.: Наука. 1983. (библиотечка "Квант". вып. 29)
3. Ларин В. Н. Наша Земля. Москва. "Агар". 2005.
4. Орлов Ю. А. В мире древних животных. Очерки по палеонтологии позвоночных. Москва. Наука. 1968.
5. Храмов А. Краткая история насекомых: Шестиногие хозяева планеты. -М.: Альпина нон-фикшн, 2023.