От «Ледяного человека» до Вселенной: как ученые определяют возраст всего. Как ученые узнают об испытаниях ядерных бомб

Землетрясение? Ядерный взрыв? Деление или синтез? Мы узнаем, даже если мировые лидеры лгут. На международной арене есть не так много вещей, пугающих больше, чем возможность ядерной войны. У многих стран есть боеголовки – некоторые с делением, другие с более смертоносным синтезом – но не все открыто заявляют, что они у них есть. Некоторые взрывают ядерные устройства, отрицая это; другие утверждают, что обладают термоядерными бомбами, тогда как в действительности нет. Благодаря глубокому знанию науки, Земли и того, как через нее проходят волны давления, нам не нужно подвергать лидера страны пыткам, чтобы узнать правду, считает Итан Зигель с Medium.com.

В январе 2016 года правительство Северной Кореи заявило, что взорвало водородную бомбу, которую также пообещало использовать против любых агрессоров, угрожающих стране. Несмотря на то, что в новостных агентствах были показаны фотографии грибных облаков с подробным описанием, эти кадры оказались архивными; испытания не были современными. Радиация, попадающая в атмосферу, опасна и будет явным нарушением Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года. Так что, если страны хотят протестировать ядерное оружие, они делают это там, где никто не сможет найти радиацию: под землей.

В Южной Корее репортаж о ситуации был жутким, но неточным, поскольку показанные грибные облака – это старые кадры, не имеющие отношения к северокорейским испытаниям

Вы можете взорвать бомбу где угодно: в воздухе, под водой в океане или под землей. Все три взрыва можно в принципе обнаружить, хотя энергия взрыва будет «приглушенной» в зависимости от среды, в которой распространяется.

Воздух, будучи наименее плотным, хуже всего заглушает звук. Грозы, извержения вулканов, запуски ракет и ядерные взрывы испускают не только звуковые волны, которые можно услышать, но и инфразвуковые (длинной волны, низкой частоты), которые – в случае ядерного взрыва – такие энергетически мощные, что детекторы по всему миру с легкостью их распознают.

Облако ядерного взрыва над Нагасаки

Вода плотнее, и хотя звуковые волны движутся в воде быстрее, чем в воздухе, энергия быстрее рассеивается с пройденным расстоянием. Однако, если ядерная бомба взрывается под водой, выделяемая энергия настолько велика, что генерируемые волны давления могут быть легко уловимы гидроакустическими детекторами, развернутыми многими странами. Кроме того, нет никаких водных явлений, которые можно было бы спутать с ядерным взрывом.

Поэтому, если страна хочет попытаться скрыть ядерное испытание, лучше всего будет провести его под землей. Хотя генерируемые сейсмические волны могут быть очень сильными от ядерного взрыва, у природы есть еще более сильный метод генерации сейсмических волн: землетрясения! Единственный способ рассказать о них – триангуляция точного положения, потому что землетрясения очень и очень редко происходят на глубине 100 метров или меньше, а ядерные испытания (пока что) всегда проходили на небольшой глубине под землей.

С этой целью страны, которые подписали Договор о запрещении ядерных испытаний, создали сейсмические станции по всему миру, чтобы вынюхивать любые ядерные испытания, которые проводятся.

Международная система отслеживания ядерных испытаний, показывающая пять крупных типов испытаний и положения всех станции. Всего в настоящее время активны 337 известных станций

Именно этот акт сейсмического мониторинга позволяет нам делать выводы о том, насколько мощным был взрыв и в каком месте Земли – в трех измерениях – он произошел. Сейсмическое событие Северной Кореи, которое произошло в 2016 году, было зарегистрировано по всему миру; 337 активных мониторинговых станций по всей Земли были достаточно чувствительны для этого. По данным Геологической службы США, в 6 января 2016 года в Северной Корее произошло событие, эквивалентное землетрясению величиной 5.1 балла на глубине 0,0 километра. Основываясь на величине землетрясения и сейсмических волн, которые были зарегистрированы, мы можем восстановить объем выпущенной энергии – порядка 10 килотонн тротилового эквивалента – и понять, был это ядерный взрыв или нет.

Благодаря чувствительности наблюдательных станций, глубину, величину и положение взрыва, который заставил Землю трястись 6 января 2016 года, можно четко установить

Важнейшая подсказка, помимо косвенных доказательств величины и глубины землетрясения, исходит из типов генерируемых сейсмических волн. В общем, есть S- и P-волны, сдвиговые, или вторичные, и продольные волны, которые иногда называют первичными. Землетрясения, как известно, производят мощнейшие S-волны по сравнению с P-волнами, а ядерные испытания рождают более мощные P-волны. И вот, Северная Корея заявляет, что это была водородная бомба (синтеза), которая намного смертоноснее бомб деления. В то время, как энергия, выпускаемая урановыми или плутониевыми бомбами на основе реакции деления имеют мощность порядка 2-50 килотонн тротилового эквивалента, водородные бомбы выпускают энергию в тысячи раз мощнее. Рекордсмен события – советская Царь-бомба мощностью 50 мегатонн тротилового эквивалента.

Взрыв Царь-бомбы в 1961 году был крупнейшим ядерным взрывом на Земле и стал одним из самых важных для дальнейшего определения судьбы ядерного оружия

Профиль волн, полученный по всему миру, говорит, что это не землетрясение. Так что да, Северная Корея вероятнее всего взорвала ядерную бомбу. Но какую? Есть разница между бомбами на основе синтеза и на основе деления:

Бомба на основе ядерного деления берет тяжелый элемент с большим количеством протонов и нейтронов, например, изотопы урана или плутония, и бомбардирует их нейтронами, которые могут быть захвачены ядром. Когда происходит захват, рождается новый нестабильный изотоп, который диссоциирует на более мелкие ядра, высвобождая энергию, а также дополнительные свободные нейтроны, позволяя начаться цепной реакции. Если все сделано правильно, огромное количество атомов может пройти через эту реакцию, превратив миллионы миллиграммов или даже граммов материи в чистую энергию по формуле E = mc 2 .
Термоядерная бомба на основе синтеза берет легкие элементы, такие как водород, и при помощи огромных энергий, температур и давления делает так, чтобы эти элементы слились в более тяжелые, такие как гелий, выделяя еще больше энергии, чем бомба на основе деления. Температура и давление требуются настолько большие, что единственный способ создать термоядерную бомбу – это окружить гранулу синтеза топливо на основе бомбы деления: чтобы огромный выброс энергии смог запустить реакцию синтеза. До килограмма вещества может превратиться в чистую энергию на стадии синтеза.

Многие путают испытания с бомбами деления и синтеза. Но ученые различают их безошибочно

Что касается выхода энергии, то северокорейская тряска была несомненно вызвана бомбой на основе деления. Если бы это было не так, то это был бы самый слабый, самый эффективный взрыв с реакцией синтеза на планете, который даже в теории создать не получается. С другой стороны, есть четкие доказательства того, что это был именно взрыв с реакцией деления, поскольку записи сейсмических станций показали невероятно похожий взрыв в 2013 году, все в той же Северной Корее.

Разница между встречающимися в природе землетрясениями, сигнал которых показал синим, и ядерным испытанием, показанным красным, не оставляет сомнений в природе такого события

Другими словами, все данные, которые мы имеем, указывают на один вывод: в основе этого ядерного взрыва была именно реакция деления, а не синтеза. И это точно не было землетрясением. S- и P-волны доказали, что Северная Корея взрывает ядерные бомбы, нарушая международный закон, но сейсмические сводки, несмотря на удаленность, показывают, что это не бомбы синтеза. У Северной Кореи ядерные технологии 1940-х годов. Даже если мировые лидеры лгут, Земля скажет правду.

Конспект урока по окружающему миру

по программе начальная инновационная школа

«Как учёные узнают о прошлом Земли .»

Выполнила учитель начальных классов

Филяева Ольга Анатольевна

Смоленск

Обучающие:

Сформировать представление о науке палеонтологии, установить взаимосвязь межу вымершими животными и животными которые обитают на планете Земля.

Познакомить учащихся с тем как палеонтологи проводят раскопки;

Воспитывающие:

Воспитывать самостоятельность, чувства взаимопомощи и товарищества, умение работать в коллективе, вести диалог в паре и умение слушать ответы друг друга.

Развивающие:

Способность анализировать, обобщать;

Способствовать развитию речи учащихся, умение логически мыслить и рассуждать;

Оборудование : презентация; конверты с картрточками – названиями животных; учебник по учебник по окружающему миру – 4 класс.стр.38-44.

Методы: индивидуальная работа с детьми, показ и объяснение, частично-поисковый метод.

План:

Организационный момент - 1 мин

Актуализация знаний и фиксация затруднений – 8 мин

Сообщение темы урока – 5 мин

Работа над новым материалом - 12 мин

Первичное закрепление полученных знаний – 10 мин.

Рефлексии учебной деятельности – 1 мин

Задание на дом – 1 мин.

Ход урока.

Организационный момент.

Начинается урок,

Он пройдет ребята впрок,

Постарайтесь все понять,

Учитесь тайны открывать,

Ответы полные давать,

Чтоб за работу получать,

Только лишь отметку «5»!

У вас все получится!

2 Актуализация знаний и фиксация затруднений

Мы с вами изучали адрес. А что такое адрес? (Адрес - это место жительство какого-либо человека, место расположение учреждение или предприятия)

Каждый предмет в пространстве имеет свой адрес. Так давайте же назовем адрес нашей Земли. (Наша Земля находится в Солнечной системе, в галактике Млечный путь)

Если посмотреть на нашу планету из космоса, что мы можем увидеть.

Материки и океаны.

А как назывался первый материк? (Пангея)

А как сейчас называются материки? (Антарктида, Австралия, Африка, Южная Америка, Северная Америка, Евразия)

Итак, мы с вами повторили то, что изучали на предыдущих уроках. А сейчас я вам предлагаю узнать новое о нашей планете.

3.Сообщение темы урока

На доске у меня зашифрована тема нашего урока. Давайте ее прочитаем?

(на доске разбросаны слова с помощью перестановки слов дети узнают тему)

Тема нашего сегодняшнего урока «Как ученые узнают о прошлом Земли».

Предположим, что мы сегодня должны изучить?

Чему мы будем учиться?

Сегодня я вам предлагаю отправиться в путешествие в далекое прошлое. Вы готовы? И так отправляемся в путь.

Закройте глаза и представьте, что вы очутились в ледниковом периоде.

Климат как и около миллиона лет назад очень суровый, холодно, как сейчас в Антарктиде. Здесь образовался огромный ледник. Подобно гигантскому бульдозеру он сдвигал все на своем пути. Вот здесь мы остановимся и представим давно вымерших животных. Каких из них вы можете назвать? Откройте глаза.

Посмотрите на рисунки животных (на презентации появляются картинки с животными)

Сейчас я предлагаю поработать в парах. На столах у вас находятся конверты с карточками - названиями животных. Вы ребята, должны выбрать тех животных которые вымерли более сотни тысяч лет назад.

(на карточках:

Трилобит, Амурский тигр, Зеленая морская черепаха, Мамонт, Белый носорог, Шерстистый носорог, Эогиппус, Саранча, Тасманийский волк, Белемнит, Дронты.

Вы готовы узнать о этих животных? (Рассказы детей о животных.)

Эогиппусы

Эогиппусы жили на Земле примерно 50 млн. лет назад. Это были небольшие (не больше домашней кошки) существа, по внешнему виду напоминавшие лошадь. Именно за сходство с лошадью животные и получили свое научное название. Слово «эогиппус» складывается из двух греческих: «эос» в переводе на русский язык означает «заря», а «гиппос» – «лошадь». Высота эогиппусов не превышала 50 см, а высота достигала 25 см.

Трилобиты

Это очень древние животные, дальние родственники раков. Они жили 350 миллионов лет назад. Они похожи на больших мокриц. Тело овальной формы состояло из сегментов, сверху покрытых панцирем. Трилобиты были большие и маленькие (от 80см до 10 м) совсем слепые и с глазами, сидящими на длинных стебельках, спереди пара усиков. Они ползли по морскому дну, а в случае опасности свертывались в клубочек под защиту твердых звеньев своего спинного панциря или прятались в ил.

Белемниты

Эти животные вымерли более 70 миллионов лет назад. Они являются предками кальмаров и подобно им были хорошими пловцами. Тело их вытянуто и напоминает торпеду. На голове располагались два больших глаза. От головы вперед вытягивались щупальца с присосками – два длинных и восемь более коротких. Этими щупальцами белемнит нападал на добычу. Между щупальцами у белемнита имелся специальный орган для быстрого плавания – воронка. Она уходила как бы внутрь животного. Через воронку внутрь тела белемнита попадала вода. Когда же животному надо было плыть, он сжимал мускулатуру тела и выталкивал из себя воду. Вода вылетала сильной струёй, а животное получало ответный толчок и, подобно ракете, быстро двигалось вперед.

Мамонты были похожи на современного слона, но отличались тем, что его длинные бивни изгибались круче, а тело было покрыто густой и длинной красно- бурой шерстью. Такая теплая шкура была им необходима в суровый ледниковый период. Уши у мамонтов маленькие. Листья и ветви растений служили им пищей. С помощью бивней мамонт разгребал снег и поедал прошлогоднюю растительность. Медленно пережевывал он жёсткую пищу. У мамонта было всего четыре зуба, зато каждый с человеческую голову. Нередко приемы пищи на болотах заканчивались трагически. Попадая в трясину, животное не в силах было выбраться и тонуло. Но известно, что в болоте тело долгое время не разлагается, а сохраняется целиком тысячелетиями в неизменном виде.

Шерстистый носорог.

Шерстистый носорог жил тоже в ледниковый период. Он был довольно крупным животным длиной до 3,5 метров и высотой полтора метра. Покрытым густой жесткой шерстью, которая спасала его от холода. На голове у шерстистого носорога было два рога, передний, уплощённый с боков и изогнутый, достигал в длину более метра. Рог состоял из пучка скелетных волос. Питался в основном ветвями, листвой деревьев и кустарников. Зимой недостачу корма помогал перенести жировой горб над плечами.

Они были довольно крупными птицам, размером примерно с индейку и массой чуть более 20 килограмм. Ноги у них были короткие и сильные, крылья маленькие, а хвост состоял всего из нескольких перьев торчавших пучком. Главным средством защиты служил мощный клюв. Дронт не умели быстро бегать и плавать. Питались птицы семенами и листьями растений.

Эогиппусы

Высота эогиппусов не превышала 50 см, а высота достигала 25 см.

Животные имели сильные длинные ноги и могли довольно быстро бегать. Удерживаться на топкой поверхности болот им помогали широко расставленные пальцы. На передних конечностях они имели по пяти пальцев, четыре из которых были заключены,в прочные копыта, а пятый палец был развит слабо и располагался выше остальных. На задних конечностях находилось по три пальца, все они были защищены копытцами.

В челюстях эогиппуса развивались 44 крепких зуба, позволявшие легко перетирать жесткую растительную пищу. Все тело животного было покрыто короткой жесткой шерстью, имевшей полосатую или пятнистую окраску. Это был своего рода камуфляж, дававший возможность эогиппусам прятаться в траве от врагов.

Ребята, а как вы думаете, где ученые находят информацию о давно вымерших животных и растениях?

Восстановить картины пошлого помогает - сама Земля. Она как огромная книга несет в себе огромную информацию, которая сохраняется в слое песка и глины. Чем глубже слои - страницы, тем они древнее. Каждая страница несет свою информацию в виде отпечатков древних растений, раковин, чешуй рыб, насекомых, костей, и скелетов животных.

А кто знает, как называется наука о древних организмах? (Палеонтология)

Давайте найдем точное определение этому понятию в словаре.

Как и многие другие слова, так и это слово является заимствовано с другого языка. В переводе с греческого «палео» - существо, «логия» - наука об вымерших организмах.

(дети находят и записывают определения)

Палеонтоло́гия - наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков, а также следов их жизнедеятельности.

А что же такое ископаемые останки?

Ископаемые останки – это остатки и следы жизнедеятельности организмов, сохранившиеся в осадочных породах.

А как называют ученых, которые изучают эту науку? (палеонтологами)

Ефремов Иван Антонович - русский писатель, ученый-палеонтолог. Доктор биологических наук,основатель тафономии - палеонтологической науки, изучающей закономерности процессов естественного захоронения организмов.

Кювье Жорж Леопольд - французский зоолог, один из реформаторов палеонтологии и систематики животных. Ввел понятие типа в зоологии.

Палеонтолог по одной кости или зубу может определить, кому они принадлежали, потому что хорошо знают, как устроены разные животные. Ученые составляют скелеты животного по оставшимся отдельным косточкам и определяют, как выглядело ископаемое животное, а по отпечаткам веточек и листьев ископаемых растений определяют их внешний вид.

Но перед этим я вам предлагаю посмотреть на значок и объяснить, что он обозначает? (дополнительная информация) (дети читают)

О чем идет речь в тексте?

Что палеонтологи делают с находкой?

Хорошо читали молодцы.

(А сейчас давайте посмотрим фильм, как ученые ведут раскопки)

Рефлексия

Понравилось ли вам наше путешествие? Чем?

Что нового для себя открыли?

В Южной Корее репортаж о ситуации был жутким, но неточным, поскольку показанные грибные облака – это старые кадры, не имеющие отношения к северокорейским испытаниям

Облако ядерного взрыва над Нагасаки

Бомба на основе ядерного деления берет тяжелый элемент с большим количеством протонов и нейтронов, например, изотопы урана или плутония, и бомбардирует их нейтронами, которые могут быть захвачены ядром. Когда происходит захват, рождается новый нестабильный изотоп, который диссоциирует на более мелкие ядра, высвобождая энергию, а также дополнительные свободные нейтроны, позволяя начаться цепной реакции. Если все сделано правильно, огромное количество атомов может пройти через эту реакцию, превратив миллионы миллиграммов или даже граммов материи в чистую энергию по формуле E = mc2.
Термоядерная бомба на основе синтеза берет легкие элементы, такие как водород, и при помощи огромных энергий, температур и давления делает так, чтобы эти элементы слились в более тяжелые, такие как гелий, выделяя еще больше энергии, чем бомба на основе деления. Температура и давление требуются настолько большие, что единственный способ создать термоядерную бомбу – это окружить гранулу синтеза топливо на основе бомбы деления: чтобы огромный выброс энергии смог запустить реакцию синтеза. До килограмма вещества может превратиться в чистую энергию на стадии синтеза.

Многие путают испытания с бомбами деления и синтеза. Но ученые различают их безошибочно

На нашей планете существует огромное количество форм проявления жизни. Ученые подсчитали, что на Земле насчитывается около 1,5 миллиона видов животных и не менее 500 тысяч видов растений. Откуда взялись эти растения и животные? Всегда ли они были такими? И всегда ли планета была такой же, как теперь? Как же все-таки мы узнали, что было на Земле до появления человека?

Человеческую историю мы знаем по письменным источникам, историческим записям, которые сохранились до наших дней. Но ведь письменность возникла в 4-3 тысячелетиях до Рождества Христова (Египет, Месопотамия). А Земля, как известно, насчитывает в своём возрасте около 5 миллиардов лет! Да и все ли можно узнать из тех же письменных свидетельств? Иногда больше, чем книги рассказывают найденные во время раскопок древние вещи, предметы, которыми пользовался первый человек. Для историка-археолога это имеет часто решающее значение.

Для геологии - науки, которая изучает прошлое планеты - земные недра играют роль «письменных документов». Ведь в земных пластах сохранились остатки жизни, которые могут «рассказывать», какой эта жизнь была не тысячи, а миллионы лет назад. В недрах Земли можно найти следы капель дождя и морских волн, работы ветров и льда. По отложениям горных пород ученые восстанавливают контуры моря, реки, болота, озера, пустыни далекого прошлого.
Как же могли сохраниться до нашего времени остатки организмов прошлого? Да еще такого отдаленного от нас - на миллионы лет?

Когда какой-то организм попадает в реку, озеро или береговую полосу моря, он довольно быстро покрывается илом, песком или глиной. Пропитываясь солями, остатки организмов «каменеют». И в таком виде их находят сегодня учёные. Они могут по скелету и другим сохранившимся частям животного восстановить не только облик, но и его образ жизни. Современные методы исследования и техника позволяют по одной лишь части скелета (черепу, челюсти, костям ног) позвоночного восстановить строение его тела, ближайших родственников как среди ископаемых, так и среди современных животных.

Данные геологии и палеонтологии (наука об ископаемых животных и растениях) позволили систематизировать накопленные знания. Они стали основой членения истории жизни на Земле на пять отрезков, которые называются эрами. Каждая эра разделена на периоды, а период - на эпохи и века. В каждую из них происходили разные геологические события и изменения в развитии живой природы. Самой древней является архейская эра. Она началась около 3,5 миллиардов лет назад и продлилась 1,6 млрд. лет. На смену ей пришла протерозойская эра (начало - 1,9 млрд. лет назад).

Эра, в которую живём мы - самая молодая. Она называется кайнозойской - эрой новой жизни. Эта эра началась 70 миллионов лет назад и продолжается сейчас. Установлено это благодаря изучению осадочных пород земной коры (песка, глины, известняка и т. д.). Верхние слои - самые молодые, а чем ниже - тем они старше. По сохранившимся в них остаткам организмов была установлена подлинная жизнь на Земле в отдаленные времена.

Но для установления точных дат недостаточно исследования, слоев земной коры. Своеобразные «геологические часы» помогли создать физики и химики. Они открыли, что атомы некоторых элементов - урана, тория, радия - все время изменяются. Это изменение называется «распадом». При этом образуются другие элементы.

Подобное превращение сопровождается радиацией (выделением или излучением мелких заряженных частиц), а сам процесс называется радиоактивным распадом. Он протекает всегда с одной и той же скоростью. У разных элементов неодинаковая скорость, а значит и время полного распада. Например, рубидий-87 распадается примерно за 50 миллиардов лет, уран-238 - за 4,5 млрд. лет. А вот радий - за 1590 лет. Постоянные для каждого радиоактивного элемента скорости распада позволили использовать их как точные часы для измерения возраста горных пород. А для определения более короткого времени научились использовать радиоуглеродный метод. Ведь в тканях живых организмов находится наряду в обычным углеродом (атомный вес 12) небольшое количество его изотопа. Это то же самое вещество, но его атомный вес равен 14. Период его полураспада - 5760 лет. Проверить же этот метод удалось путем сопоставления с датированными археологическими памятниками.

Главная » Обучение за рубежом » От «Ледяного человека» до Вселенной: как ученые определяют возраст всего. Как ученые узнают об испытаниях ядерных бомб