Сторінка
2

Іонізація і радіоактивність у біосфері

За такої температури більшість молекул дисоціює (розпадаються) на атоми, а їх іонізація відбувається за температур у десятки тисяч градусів. До речі, на поверхні Сонця температура становить близько 6 000°С і тільки в центрі сягає понад 40 000°С. Отже, гадають, що основна маса первинних космічних часток (космічних променів) утворилась в надрах Сонця і зірок, які потім унаслідок прискорення в міжзіркових чи інших міжпланетних магнітних полях набули надзвичайно високих швидкостей і енергії.

Пізніше було доведено, що більшість таких частинок не космічного походження, а утворились з атомів земної атмосфери, унаслідок бомбардування їх «справжніми» космічними частинками. При цьому, нові, утворені з атомів повітря частки, як і космічні, мають надзвичайно велику енергію — у тисячі разів більшу, ніж ті, які виникають за радіоактивного розпаду атомів відомих хімічних елементів. Такі вторинні «уламки» атомів повітря самі здатні руйнувати нові атоми, а ті, у свою чергу, інші, утворюючи «ланцюгову реакцію» атомних катастроф. Природа начебто проводить «власні» експерименти, утворюючи «штучні частки», які, на щастя, блискавично припиняють своє існування.

Виникає питання, чи не є космічні промені загрозою руйнування живої речовини? Спробуємо відповісти на це питання з допомогою рис. 28. Потік часток, які надходять з космосу, становить приблизно 10 тис. на m2 за 1 s з величезною енергією — мільярди еV. Наближаючись до Землі, електрозаряджені частки космічних променів потрапляють в її електромагнітне поле.

Те, що з ними відбувається, заслуговує на детальніший опис. Після відкриття В. Гессом космічних променів найбільш визначних успіхів у пізнанні цього явища було досягнуто вже за часів дослідження космосу ракетами й супутниками. Перші прилади, які реєстрували космічні промені на відстані від кількасот до кількадесятьох тисяч кілометрів, виявили зони з різною концентрацією, енергією і зарядом космічних часток.

Дальшими дослідженнями було встановлено, що Земну кулю в площині екватора оповито кількома відокремленими один від одного різною відстанню від Землі поясами, густо «заселеними» частками різних зарядів, енергій і мас. У площинах меридіанів (рис. 28) концентрація часток зменшується в напрямку від екватора до полюсів. Над полюсами їхня концентрація незначна.

Рис. 28. Радіаційні пояси Землі (пояси Ван Аллена)

Грунтовніший аналіз даних розподілу космічних часток і їхніх енергій показав цікаве явище — магнітне поле Землі зупиняло, захоплювало і утримувало заряджені космічні частки.

Зони підвищеної концентрації «космічних часток» у магнітному полі Землі отримали назву поясів Ван Аллена.

Як сформувалися такі пояси?

Відомо, що будь-які заряджені частки, потрапивши в магнітне поле, починають рухатись по спіралі навколо його силових ліній. Оскільки щільність магнітного поля Землі збільшується від екватора до полюсів, то частки, наближаючись до полюсів, поступово гальмуються, зупиняються і починають рух у зворотному напрямі до протилежного полюсу, від якого цикл знову повторюється. Такі коливання часток у магнітній «пастці» відбуваються доти, доки вони не будуть вибиті іншими космічними частками ще більших енергій.

Найближчий до Землі внутрішній пояс Ван Аллена (2… 3 тис. km) «заселений» частками з позитивним зарядом і високою енергією порядку 100 МеV (протонами і ядрами легких елементів), які пройшли крізь зовнішнє магнітне поле.

Більш віддалений зовнішній пояс «заселений» негативно зарядженими частками — електронами. З’ясувавши природу космічних променів і роль магнітного поля Землі, розуміємо, що останнє, як долоні великих рук, надійно захищає Землю від небезпечних «прибульців» з космосу. Зникнення магнітного поля, навіть на короткий час, призвело б до руйнування та іонізації атомів атмосферних газів, припинення процесу фотосинтезу і загибелі всіх живих організмів. Та незначна частка космічних променів, яка все ж проривається до поверхні Землі, не становить загрози: в процесі еволюції живі організми адаптувались до природних умов. Існує навіть думка, що вони є певними стимуляторами життєвих процесів. Але сьогодні людство виходить далеко за межі атмосфери і має зважати передовсім на особливо небезпечний для космонавтики зовнішній пояс Ван Аллена з високою концентрацією електронів.

Зіткнення їх з металевим корпусом космічного апарата, як і в рентгенівській трубці, генеруватиме потужне рентгенівське випромінювання в десятки keV, здатне проникнути в середину корабля. Зрозуміло, що для звичайних навколоземних орбітальних польотів (200…300 km) загроза космічних променів не є аж надто великою, але для польотів за межі земного тяжіння траекторія виходу з магнітного поля Землі і повернення має проходити тільки в зоні полюсів (див. рис. 28). У земних умовах біосфери небезпечним для живих організмів є іонізуюче випромінювання природних радіоактивних елементів і промислових джерел. На початку утворення Землі виникло 25 радіоізотопів: уран, радій, торій та ін. Відтоді внаслідок їхнього радіоактивного розпаду і дії космічних променів утворились нові. Найбільше нових ізотопів породжено ураном , який становить понад 99% всіх ізотопів урану в земній корі. Але чи не найбільше значення для живого організму має радіоактивний ізотоп вуглець — , який постійно утворюється в атмосфері внаслідок бомбардування нейтронами космічних променів атомів азоту .