Приборы для геотектоники

Экспериментальные работы Кекуле тесно связаны с его теоретическими исследованиями. С целью проверки гипотезы о равноценности всех шести атомов водорода в бензоле получил его галоген-, нитро-, амино- и карбоксипроизводные.  
Осуществил (1864 г.) цикл превращений кислот: природная яблочная - бромянтарная - оптически неактивная яблочная. Открыл (1866 г.) перегруппировку диазоамино- в аминоазобензол. Синтезировал трифенилметан (1872 г.) и антрахинон (1878 г.). Для доказательства строения камфары предпринял работы по превращению ее в оксицимол, а затем в тиоцимол. Изучил кротоновую конденсацию ацетальдегида и реакцию получения карбокситартроновой кислоты. Предложил методы синтеза тиофена на основе диэтилсульфида и ангидрида янтарной кислоты.

Президент Немецкого химического  общества (1878, 1886, 1891 гг.), Один из организаторов I Международного конгресса химиков  в Карлсруэ (1860 г.).

Английский химик и физик, член Лондонского королевского общества (с 1803 г.), его президент в 1820-1827 гг. Родился в Пензансе (Корнуолл). В 1795-1798 гг. - ученик аптекаря, с 1798 г. - руководитель лаборатории в Пневматическом институте около Бристоля, с 1802 г. - профессор Королевского института в Лондоне. В 1807-1812 гг. - непременный секретарь Лондонского королевского общества.

Научные работы в области  химии относятся к неорганической химии и электрохимии, основоположником которой он является. Открыл (1799 г.) опьяняющее и обезболивающее действие закиси азота  и определил ее состав. Изучал (1800 г.) электролиз воды и подтвердил факт разложения ее на водород и кислород. Выдвинул (1807 г.) электрохимическую  теорию химического сродства, согласно которой при образовании химического  соединения происходит взаимная нейтрализация, или выравнивание, электрических  зарядов, присущих соединяющимся простым  телам; при этом чем больше разность этих зарядов, тем прочнее соединение. Путем электролиза солей и щелочей получил (1808 г.) калий, натрий, барий, кальций, амальгаму стронция и магний. Независимо от Ж. Л. Гей-Люссака и Л. Ж. Тенара открыл (1808 г.) бор нагреванием борной кислоты. Подтвердил (1810 г.) элементарную природу хлора. Независимо от П. Л. Дюлонга создал (1815 г.) водородную теорию кислот. Одновременно с Гей-Люссаком доказал (1813-1814 гг.) элементарную природу иода. Сконструировал (1815 г.) безопасную рудничную лампу. Открыл (1817-1820 гг.) каталитическое действие платины и палладия. Получил (1818 г.) металлический литий.

Научные исследования в области  физики посвящены выяснению природы  электричества и теплоты. На основании  определения температуры воды, образующейся при трении кусков льда друг о друга, охарактеризовал (1812 г.) кинетическую природу  теплоты. Установил (1821 г.) зависимость  электрического сопротивления проводника от его поперечного сечения и  длины.

Иностранный почетный член Петербургской  АН (с 1826 г.).

БУДУЩЕЕ ЗЕМЛИ

Будущее Земли будет определяться рядом факторов: увеличением светимости Солнца, потерей тепловой энергии ядра Земли, возмущениями со стороны других тел Солнечной системы, тектоникой плит и биохимией на поверхности. Согласно теории Миланковича планета будет по-прежнему подвергаться циклам оледенения вследствие изменения эксцентриситета орбиты Земли, наклона оси вращения и прецессии оси. В результате продолжающегося суперконтинентального цикла, тектоника плит, вероятно, приведёт к образованию суперконтинента через 250—350 млн лет, а в течение следующих 1,5—4,5 миллиардов лет наклон оси Земли может начать испытывать хаотические изменения с отклонением вплоть до 90°.

Через 1—3 миллиарда лет, непрерывное увеличение солнечного излучения, вызванного накоплением гелия в ядре Солнца, приведёт к исчезновению океанов и прекращению дрейфа континентов^[2]. Через 4 миллиарда лет увеличение температуры у поверхности Земли станет причиной стремительного парникового эффекта. К тому времени, большинство, если не вся жизнь, на поверхности Земли вымрет^[3][4]. Наиболее вероятной дальнейшей судьбой планеты является поглощение её Солнцем приблизительно через 7,5 миллиардов лет, после того, как оно станет красным гигантом и расширится до пересечения с орбитой Земли.

Влияние человека

Люди играют ключевую роль в биосфере, имея многочисленную популяцию, доминирующую над различными экосистемами Земли^[5]. Это привело к массовому исчезновению (биотический кризис) других видов в ходе нынешней геологической эпохи, известному как голоценовое вымирание (англ.). Оно является результатом разрушения среды обитания, широкого распространения инвазивных видов, охоты и изменения климата^[6][7]. При нынешних темпах, около 30 % видов находятся под угрозой вымирания в ближайшие сто лет^[8]. К настоящему моменту деятельность человека оказала значительное влияние всю планету:

• в результате человеческой деятельности было изменено более трети поверхности суши;
• люди используют около 20 % мировой первичной продукции (англ.) экосистем^[9];
• концентрация углекислого газа в атмосфере Земли увеличилась почти на 30 % с начала промышленной революции^[5].

Предполагается, что последствия  постоянного биотического кризиса  продлятся по крайней мере ещё пять миллионов лет^[10]. Это может привести к снижению биоразнообразия и гомогенизации биоты, сопровождаемых распространением более приспосабливаемых видов, таких как вредители и сорняки. Могут также появиться новые виды. В частности таксоны, процветающие в доминируемых человеком экосистемах, могут быстро развиться во множество новых видов. Микроорганизмы, вероятно, извлекут выгоду из увеличения обогащённых питательным веществом экологических ниш. Однако, никакие новые разновидности существующих больших позвоночных животных, вероятно, не возникнут, и пищевые цепи будут сокращены^[11][12].

[править] Орбита и вращение

Гравитационные  возмущения (англ.) других тел могут изменить орбиту Земли, а также наклон оси её вращения. Это в свою очередь может привести к значительному изменению климата на планете^{[13][14][15][16]}.

[править] Оледенение

В истории Земли были циклические периоды оледенения, во время которых ледяной покров распространялся к значительно более низким широтам, чем сейчас. Теория Миланковича гласит, что оледенение происходит вследствие астрономических факторов в сочетании с климатическими механизмами обратной связи и тектоникой плит. Каждый из этих эффектов происходит циклически. Например, эксцентриситет орбиты изменяется циклически со значениями в пределах от 0,0007 до 0,0658. В настоящий момент он равен 0,017. За полный цикл общее количество солнечного излучения, попадающего на Землю меняется максимум на 0,2 % ^[17].

В настоящее время Земля  находится в межледниковой эпохе, которая, как предполагается, должна завершиться через 25 тысяч лет^[16]. Нынешние темпы выбросов в атмосферу человечеством углекислого газа могут задержать начало следующего периода оледенения по крайней мере на 50 000—130 000 лет. Однако, период глобального потепления конечной длительности (основанный на предположении, что ископаемое топливо будет исчерпано к 2200 году) будет влиять на цикл оледенения только 5 000 лет. Таким образом, короткий период глобального потепления, вызванный выбросами парниковых газов в течение нескольких столетий, будет иметь ограниченное воздействие в долгосрочной перспективе^[14].

[править] Наклонение

Приливная выпуклость смещается  вперёд с линии, соединяющей центры масс Земли и Луны. В результате на Луну действует момент силы, ускоряющий её обращение по орбите и в то же время замедляя вращение Земли

Приливное ускорение Луны замедляет скорость вращения Земли и увеличивает расстояние между Землёй и Луной. Другие эффекты, которые могут рассеять энергию вращения Земли — это трение между ядром и мантией, потоки в атмосфере, конвекция в мантии и климатические изменения, которые могут увеличить или уменьшить количество льда на полюсах. В совокупности эти эффекты, как предполагается, увеличат продолжительность дня более чем на 1,5 часа в течение ближайших 250 миллионов лет, а также увеличат наклон оси на полградуса. Расстояние до Луны увеличится примерно на 1,5 R_Земли в течение этого же периода^[18].

На основании компьютерных моделей считается, что наличие Луны позволяет стабилизировать наклон оси Земли и тем самым избежать резких изменений климата^[19]. Эта стабильность достигается из-за того, что Луна увеличивает скорость прецессии оси вращения Земли, что позволяет избежать резонансов между прецессией вращения и прецессией частот восходящего узла орбиты планеты^[20]. Однако, поскольку большая полуось орбиты Луны продолжит увеличиваться в будущем, то этот стабилизирующий эффект со временем уменьшится. В какой-то момент времени эффекты возмущения, вероятно, вызовут хаотические изменения наклона Земли, и наклон оси может измениться вплоть до 90° к плоскости орбиты. Предполагается, что это произойдет через 1,5—4,5 млрд лет, хотя точное время неизвестно^[21].

Сильное наклонение, вероятно, приведёт к резким переменам в климате и уничтожению жизни на планете^[15]. Когда наклон оси Земли достигнет 54°, экватор будет получать меньше излучения от Солнца, чем полюса. Планета может оставаться в положении с наклоном от 60° до 90° в течение 10 миллионов лет^[22].

[править] Тектоника плит

Пангея — последний существовавший суперконтинент

Согласно теории тектоники плит континенты Земли движутся по поверхности со скоростью несколько сантиметров в год. Это будет происходить и в дальнейшем, в результате чего плиты будут продолжать двигаться и сталкиваться. Континентальному дрейфу способствуют два фактора: генерация энергии внутри планеты и наличие гидросферы. При исчезновении любого из этих факторов дрейф континентов прекратится^[23]. Производство тепла посредством радиогенных процессов достаточно для поддержания конвекции в мантии и субдукции плит, по крайней мере, в течение следующего 1,1 миллиарда лет^[24].

В настоящее время континенты Северная и Южная Америки движутся к западу от Африки и Европы. Исследователи рассматривают несколько сценариев развития событий в будущем^[25]. Эти геодинамические модели можно отличить по субдукции потока, в котором океаническая кора движется под континент. В интроверсной модели, более молодой, внутренний, Атлантический океан подвергается субдукции и текущее движение Северной и Южной Америки разворачивается на противоположное направление. В экстраверсионной модели, более старый, внешний, Тихий океан подвергается субдукции, поэтому Северная и Южная Америки движутся в сторону Восточной Азии^[26][27].

По мере улучшения понимания  геодинамики эти модели будут  пересматриваться. Например, в 2008 году для прогнозирования было использовано компьютерное моделирование в результате которого было определено, что будет происходить преобразование конвекции мантии и формироваться суперконтинент вокруг Антарктиды^[28].

Независимо от результатов  континентального движения, продолжающийся процесс субдукции станет причиной перемещения воды в мантию. Геофизическая модель даёт оценку, что спустя миллиард лет 27 % от текущей массы океана будет утрачена. Если этот процесс будет продолжаться в неизменном виде в будущем, то субдукция достигнет точки стабильности после того, как 65 % текущей массы океана будет поглощена^[29].

[править] Интроверсия

Кристофер Скотезе и его коллеги в рамках проекта Paleomap спрогнозировали движение плит на несколько сотен миллионов лет^[25]. В их сценарии через 50 миллионов лет Средиземное море может исчезнуть, а столкновение Европы и Африки создаст длинную горную цепь, тянущуюся вплоть до Персидского залива. Австралия сольётся с Индонезией, а Нижняя Калифорния будет скользить на север вдоль побережья. Могут появиться новые зоны субдукции у восточного побережья Северной и Южной Америки, а вдоль их берегов сформируются горные цепи. На юге планеты перемещение Антарктиды к северу станет причиной таяния всего ледникового покрова. Это, наряду с таянием ледникового покрова Гренландии, повысит средний уровень океана на 90 метров. Затопление континентов приведет к изменениям климата^[25].

По мере реализации этого  сценария через 100 миллионов лет  распространение континентов достигнет  своей максимальной точки, и они  начнут сливаться. Через 250 миллионов  лет Северная Америка столкнется с Африкой, а Южная Америка будет обёрнута вокруг южной оконечности Африки. Результатом будет формирование нового суперконтинента (иногда называемого Пангея Ультима) и океана, простирающегося на половине планеты. Антарктический континент полностью изменит направления и возвратится к Южному полюсу с образованием нового ледникового покрова^[30].

[править] Экстраверсия

Первым учёным, экстраполировавшим текущие движения континентов, был  канадский геолог Пол Ф. Хоффман из Гарвардского университета. В 1992 году Хоффман предположил, что континенты Северная и Южная Америки продолжат движение через Тихий океан, разворачиваясь у Дальнего Востока до тех пор, пока не начнут сливаться с Азией. Он окрестил образовавшийся суперконтинент Амазией^[31][32]. Позднее, в 1990-х гг. Рой Ливермор рассчитал подобный сценарий. Он предположил, что Антарктида начнёт перемещаться на север, а восток Африки и Мадагаскар будут двигаться через Индийский океан до столкновения с Азией^[33].

В экстраверсной модели, смыкание Тихого океана будет закончено через 350 миллионов лет^[34]. Это ознаменует завершение текущего суперконтинентального цикла, в котором континенты разделяются, а затем возвращаются друг к другу примерно каждые 400—500 миллионов лет^[35]. После создания суперконтинента, тектоника плит может вступить в период бездействия, поскольку скорость субдукции падает на порядок. Этот период стабильности может привести к увеличению температуры мантии на 30—100K каждые 100 миллионов лет, что является минимальным временем жизни прошлых суперконтинентов. И как следствие, может возрасти вулканическая активность^[27][34].

[править] Ортоверсия

В 2012 году группа геологов под  руководством Росса Митчелла (Ross Mitchell) из Йельского университета предложила новую гипотезу движения континентов. При построении своей модели учёные опирались на данные о дрейфе магнитных полюсов, которые позволяют вычислить направление движения литосферных плит. Согласно исследованию, материки в будущем сольются в единый континент в районе Северного Ледовитого океана и центром нового суперконтинента станет Северная Америка. По мнению Митчелла и его коллег Азия будет двигаться в сторону Северной Америки с которой она впоследствии соединится. Также к ним примкнёт современная Гренландия, которая станет частью суперконтинента^[36].

[править] Суперконтинент

Формирование суперконтинента  может существенно повлиять на окружающую среду. Столкновение плит приведёт к формированию гор, тем самым значительно меняя погодные условия. Уровень моря может упасть вследствие увеличения оледенения^[37]. Скорость поверхностной эрозии может возрасти, в результате чего увеличится скорость с которой поглощается органический материал. Формирование суперконтинента может привести к снижению глобальной температуры и увеличению концентрации атмосферного кислорода. Эти изменения могут привести к более быстрой биологической эволюции, поскольку появятся новые ниши. Это, в свою очередь, может повлиять на климат и привести к дальнейшему понижению температуры^[38].