Эволюция планеты земля конспект
Обновлено: 04.07.2024
Каково строение Земли? Почему недра Земли разогретые и плотные? Как возникли на Земле гидросфера и атмосфера?
Урок-лекция
ВОЗРАСТ И СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ. Возраст Земли, который определяется методами радиоактивного анализа, оценивается в 4,55 ± 0,07 млрд лет. В процессе формирования Земля нагревалась, в результате чего появлялись расплавленные породы. При этом тяжелые породы, содержащие железо и никель, осаждались в центральной области Земли, а легкие (силикаты) всплывали к поверхности.
Так происходило гравитационное дифференцирование вещества Земли. Этот процесс (хотя и не так интенсивно), продолжающийся и в наше время, служит одним из источников внутреннего тепла Земли. Другим важным источником является распад радиоактивных изотопов — урана (U), тория (Th) и калия (К). В настоящее время все внутренние источники выделяют намного меньшую энергию, чем та, которая приходит от Солнца, но тем не менее именно они определяют такие процессы, как вулканизм и движение литосферных плит.
В центре Земли (во внутреннем ядре) сконцентрировались железо, никель. Температура ядра достигает 6000°С. Внешнее ядро жидкое и менее плотное. Температура мантии достигает 2000°С. При таких высоких температурах вещество мантии должно находиться в расплавленном состоянии, но из-за огромного давления (на границе с ядром до 130 ГПа) оно обладает свойствами и твердого тела, и жидкости. Земная кора на 80% сложена из пород, содержащих кислород, кремний и алюминий, 18% приходится на железо, магний, кальций, натрий и калий. Различают континентальную (материковую) кору толщиной 30—40 км, а под горами — до 70 км и океаническую кору, толщина которой 6—8 км (рис. 96).
Рис. 96. Строение Земли
Внутренние области Земли исследуют исключительно методами сейсмологии, анализиря прохождение через них волн, вызванных либо естественными землетрясениями, либо искусственными, возникающими при подрыве на поверхности Земли небольших зарядов. Внешние области — это литосфера, атмосфера и гидросфера. Эти оболочки не являются неизменными. Так, литосфера состоит из литосферных плит, которые движутся друг относительно друга со скоростью от 0,5 до 10 см в год. Эти движения, незаметные для глаза, постепенно меняют рельеф Земли. Известен суперконтинентальный цикл продолжительностью около 500 млн лет, в течение которого континенты сливаются в суперконтиненты (Пангея I, II, III), а затем снова разламываются.
ЭВОЛЮЦИЯ ГИДРОСФЕРЫ И АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ. Гидросфера, водная оболочка Земли, сформировалась за счет выхода воды из внутренних областей Земли, уже имеющей атмосферу. Когда появились первые моря и океаны, точно неизвестно. Но уже 3,8—3,9 млрд лет тому назад жидкая вода присутствовала на Земле в значительном количестве. В настоящее время Мировой океан покрывает 71% поверхности Земли. Общее количество свободной воды составляет 1,6x10 8 т. Считается, что за счет дегазации из внутренних областей Земли вышло от 50 до 70% содержащейся там воды. Этот процесс будет продолжаться еще достаточно долго.
В истории Земли выявлено три типа атмосфер. Первичная атмосфера состояла, по-видимому, из водорода и гелия, которые достаточно быстро оторвались от Земли и рассеялись. Вторичная атмосфера была сформирована за счет выбросов вулканических газов и состояла из углекислого газа, аммиака, метана, а также оксидов азота, серы и др. Наконец, современная атмосфера, содержащая свободный кислород, начала формироваться около 2 млрд лет тому назад за счет жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Современная атмосфера Земли содержит 78% азота, 21% кислорода, 1% аргона и сотые доли процента других газов, среди которых — углекислый газ, неон и др.
- Как проходила эволюция гидросферы и атмосферы Земли?
- Какие процессы определили эволюцию Земли?
Глоссарий по теме:
Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) – первые живые организмы на Земле.
Первичная атмосфера Земли – состояние атмосферы, при котором она состояла водяного пара, аммиака, метана, водорода, диоксида углерода (углекислого газа), сероводорода, оксида углерода. Кислорода в первичной атмосфере не было. Восстановительная атмосфера.
Вторичная атмосфера Земли – атмосфера, в которой накопился кислород в ходе фотолиза воды и деятельности цианобактерий. Окислительная атмосфера.
Дегазация мантии Земли – процесс формирования атмосферы за счет выделения газов из мантии.
Фотодиссоциация (фотолиз) воды – процесс разложения на молекулы водорода и кислорода, возникший в атмосфере Земли под действием ультрафиолетового излучения – в атмосфере в ходе данного процесса возникли свободные молекулы кислорода.
Родиния; Пангея; Лавразия; Гондвана – суперконтиненты, образовывавщиеся в ходе эволюции Земли.
Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):
1. Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. : с 234-241.
3. Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. с. 45-57.
Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Современное состояние планеты Земля – это результат длительной эволюции, в котором выделяют периоды как сравнительно последовательного развития, так и периоды резких перестроек земной коры с изменением физико-географических условий планеты.
Земля сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад, температура в период зарождения Земли была столь высока, что поверхность планеты была схожа с расплавленным океаном. Однако вследствие того, что радиоактивность, поддерживавшая на планете высокую температуру, постепенно снижалась, Земля начала остывать.
4 миллиарда 400 миллионов лет на Землю метеориты еще продолжали падать на Землю, но, так как ядро Земли постепенно охлаждалось, большая часть земной поверхности трансформировалась в кору, состоящую, преимущественно, из вулканической породы. На данном этапе на поверхности Земли уже начала появляться вода.
В процессе охлаждения Земли, ее поверхность выделяла огромное количество углекислого газа, что обусловило и выделение водяного пара. Ряд исследователей полагает, что именно вследствие остывания Земли и выделения углекислого газа на Земле появилась вода.
Это период первичной атмосферы Земли. Первичная атмосфера состояла из следующих химических соединений: водяного пара, аммиака, метана, водорода, диоксида углерода (углекислого газа), сероводорода, оксида углерода. Кислорода в первичной атмосфере не было.
В дальнейшем первичная атмосфера трансформировалась во вторичную. Это произошло вследствие выветривания, вулканической и солнечной активности, жизнедеятельности цианобактерий и водорослей.
Результатом трансформации первичной атмосферы стало разложение метана на водород и углекислый газ, аммиака – на водород и азот. В атмосфере Земли начали накапливаться углекислый газ и азот.
Конденсация в атмосфере водяного пара привела к дождям, которые шли, не переставая, на протяжении миллионов лет. Дожди превратили Землю в планету, покрытую океаном. 4 миллиарда лет назад более 90% поверхности Земли покрывал океан. В воде проступали маленькие вулканические острова. Поверхность Земли в этот период красная – это обусловлено тем, что железо в воде окрашивает воду в оливковый цвет, а большое число углекислого раза в атмосфере Земли создает красноватый цвет атмосферы. Сила атмосферного давления в этот период очень велика – если бы на Земле были люди и животные, они оказались бы смяты под его воздействием. Температура на поверхности Земли достигает 200 °С.
В таком виде Земля существует около полумиллиарда лет, а в дальнейшем резкий скачок вулканической активности привел к появлению горных пород нового типа и создал условия для возникновения континентов.
3 миллиарда 400 миллионов лет назад большую часть поверхности Земли еще покрывает океан, однако магма, которую извергали подводные вулканы, уже заложила основу континентов, превратившись в горные породы – преимущественно, это гранит, 3,5 миллиарда лет назад гранит на Земле был практически повсюду.
Возникновение горных пород было обусловлено тем, что извержения вулканов на дне океана образовывали трещины, заполненные водой и расплавленной лавой. Базальтовая лава и кипящая вода, смешиваясь, сформировали гранит. Гранитные породы поднялись с глубины и сформировали материковую кору Земли.
Следующие два миллиарда лет первые гранитные континенты наращивали площадь. По всей планете появлялись на поверхности воды гранитные острова, ставшие в дальнейшем базой для современных массивов суши.
Первое время производимый ими кислород расходовал на окисление огромного количества железа в океанах. Однако, после того, как большая часть железа оказалась окислена – кислород в свободной форме насыщал атмосферу Земли. В результате накопления кислорода аммиак окислился до молекулярного азота, метан и оксид углерода – до углекислоты, сера и сероводород – до SO2 и SO3.
Атмосфера из восстановительной превратилась в окислительную – вторичную атмосферу.
Зеленые океаны, вследствие окисления железа, стали синими, кислород очистил воздух, разбавив углекислый газ атмосферы. Через 2 миллиарда лет насыщения кислородом Земля стала голубой – это произошло 1,5 миллиарда лет назад.
1,5 миллиарда лет назад континенты покрывали уже четверть всей поверхности планеты, но их формирование продолжалось. Когда океаны, разделявшие образующиеся континенты, оказались поглощены земной корой, возник единый суперконтинент – Родиния.
Родиния представляла собой пустынный безжизненный материк, но несмотря на то, что на самой Родинии не было жизни, она оказала значительной влияние на развитие жизни в океанах.
В насыщенных кислородах водах на мелководье вокруг Родинии наряду со строматолитами возникли иные простейшие организмы. В то же время на период существования Родинии приходится самое масштабное оледенение в истории Земли. 700 миллионов лет назад Родиния, из-за своих огромных размеров блокировала экваториальные течения, которые перемещали теплые воды к полюсам Земли, что и стало причиной обледенения полярных регионов. Так как полярные ледяные поля отражали от поверхности больше солнечного света, температура всей планеты начала резко понижаться, и затем ледяной панцирь закрыл всю поверхность. Температура Земли на поверхности в этот период упала до минус 40 °С. Океаны обледенели до глубины свыше 1 км. Цианобактерии и водоросли – первые живые организмы на Земле оказались под толщей льда.
В то же время под ледяной поверхностью суперконтинент сохранял активность. Извержения вулканов обусловили раскол Родинии на части. А в период с 630 по 550 миллионов лет назад накопленное подо льдом тепло постепенно согрело планету. Углекислый газ, высвободившийся при расколе Родинии вызвал парниковый эффект. После раскола Родинии возникли новые мелководья, вырос уровень кислорода, что создало благоприятные условия для дальнейшего развития живых организмов.
За последующие 100 миллионов лет содержание кислорода постепенно достигло современного уровня и создало условия для формирования озонового слоя. Это позволило живым организмам выйти на сушу из океана.
Следующий период – Каменноугольный (карбон) – это период развития обширного растительного покрова. Земля в это время представляет собой мир тропических болот. Именно карбон сформировал современные залежи каменного угля – за счет захоранивания и гниения в болотах тропических растений.
Развитие тропической Земли остановило излияние мантии на территории современной Сибири, вследствие которого земная кора превратилась в болото из раскаленной магмы. Эти излияния магмы, причина которых до сих пор не выявлена, продолжались более миллиона лет.
Большая часть организмов (около 95% живых существ) погибли в результате этого, на Земле, вследствие выхода магмы на поверхность и застывания возник новый суперконтинент – Пангея.
Около 180 миллионов лет назад Пангея раскололась – изначально на два континента Лавразию и Гондвану, которые затем раскололись на континенты, существующие сегодня. Образовавшиеся материки начали дрейф, постепенно перемещаясь к тем местам, на которых они находятся в настоящее время.
Сегодня большинство ученых поддерживают гипотезу образования планеты из межзвездного пылевидного вещества с включениями и кусками различных небесных тел. Процессы появления Земли описал российский ученый О. Ю. Шмидт (1891-1956 г.г.).
Земля сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад, температура в период зарождения Земли была столь высока, что поверхность планеты была схожа с расплавленным океаном. Однако вследствие того, что радиоактивность, поддерживающая на планете высокую температуру, постепенно снижалась, Земля начала остывать. Рост скорости процессов эволюции Земли был обусловлен появлением на ней живых организмов.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:
1. Какая атмосфера Земли содержала свободный кислород?
Правильный ответ – вторичная.
2. Расположите суперконтиненты в порядке их появления на планете Земля в ходе ее эволюции:
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Земля в солнечной системе
Земля относится к планетам земной группы, а значит она, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твердую поверхность. Это крупнейшая из четырех планет земной группы в Солнечной системе, как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля имеет наибольшую плотность, самую сильную поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле среди этих четырех планет.
Форма Земли
Сопоставление размеров планет земной группы (слева направо): Меркурий, Венера, Земля, Марс.
Движение Земли
Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите на расстоянии около 150 млн. км со средней скоростью 29,765 км/сек. Скорость движения Земли по орбите непостоянна: в июле она начинает ускоряться (после прохождения афелия), а в январе – снова начинает замедляться (после прохождения перигелия). Солнце и вся Солнечная система обращается вокруг центра галактики Млечного Пути по почти круговой орбите со скоростью около 220 км/c. Увлекаемая движением Солнца, Земля описывает в пространстве винтовую линию.
В настоящее время перигелий Земли приходится примерно на 3 января, а афелий – примерно на 4 июля.
Для Земли радиус сферы Хилла (сфера влияния земной гравитации) равен примерно 1,5 млн. км. Это максимальное расстояние, на котором влияние гравитации Земли больше, чем влияние гравитаций других планет и Солнца.
СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ
Внутреннее строение
Общая структура планеты Земля
Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твердых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии) и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя – твердая.
Внутренняя теплота планеты, скорее всего, обеспечивается радиоактивным распадом изотопов калия-40, урана-238 и тория-232. У всех трех элементов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура, возможно, поднимается до 7 000 К, а давление может достигать 360 ГПа (3,6 тыс. атм.).
Земная кора – это верхняя часть твердой Земли.
Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга.
Мантия – это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и др.
Мантия простирается от глубин 5 – 70 км ниже границы с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км.
Ядро состоит из железо-никелевого сплава с примесью других элементов.
ТЕОРИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ПЛИТ
Тектонические платформы
Согласно теории тектонических плит, внешняя часть Земли состоит из литосферы, включающей земную кору и затвердевшую верхнюю часть мантии. Под литосферой располагается астеносфера, составляющая внутреннюю часть мантии. Астеносфера ведет себя как перегретая и чрезвычайно вязкая жидкость.
Литосфера разбита на тектонические плиты и как бы плавает по астеносфере. Плиты представляют собой жесткие сегменты, которые двигаются относительно друг друга. Эти периоды миграции составляют многие миллионы лет. На разломах между тектоническими плитами могут происходить землетрясения, вулканическая активность, горообразование, образование океанских впадин.
Среди тектонических плит наибольшей скоростью перемещения обладают океанские плиты. Так, тихоокеанская плита движется со скоростью 52 – 69 мм в год. Самая низкая скорость ‒ у евразийской плиты – 21 мм в год.
КАТАСТРОФИЗМ И УНИФОРМИЗМ
Теория Чарльза Лайеля
Позднее Чарльз Лайель отказался от теории катастроф Ж. Кювье и предположил медленное протекание всех процессов, с той скоростью, которую мы их видим изо дня в день.
Лайель в своей униформистской теории опирался на следующие допущения:
1. Законы природы постоянны.
3. Геологические изменения всегда медленны.
4. Слоистые породы медленно формировались при осаждении из воды, а для этого требовалось, чтобы континенты многократно поднимались и опускались над уровнем моря.
Позднее Ч. Дарвин добавил еще две эволюционные идеи:
5. Малое изменение, возможное в пределах вида, со временем переходит в большое изменение, выходящее за рамки вида, рода, отряда, класса.
6. Жизнь эволюционировала от простых форм к сложным, от клетки к организму. Все формы жизни родственны друг другу, так как имеют общих предков.
Критика теории Чарльза Лайеля
Рассмотрим слабые места униформистской концепции. Парадоксально, но против нее говорит и само наличие окаменелостей, т.к. для их образования необходимо быстрое погребение. В Англии в осадочных породах обнаружены миллионы рыб, окаменевших в неестественно скрученных положениях, что указывает на их погребение заживо. Известны кладбища моллюсков с закрытыми створками – а створки могут быть закрыты только у живых моллюсков. О гибели во время катастрофы свидетельствуют такие окаменелости, как ихтиозавр, застигнутый в момент рождения детеныша (Штуттгартский музей естественной истории).
В вечной мерзлоте Сибири и Аляски погребены останки многих животных (волки, носороги, слоны, мамонты), от которых сохранились не только кости, но и другие ткани: мышцы, глазные яблоки, внутренности, включая пищу в желудке. В 1901 году в Сибири на берегу реки Березовка в ста километрах севернее Полярного круга был обнаружен молодой мамонт в сидячем положении, вмерзший в перегной. Содержимое желудка мамонта подверглось анализу – найденные растения были идентифицированы, и оказалось, что климат в момент погребения был отнюдь не суров, а само погребение представлялось катастрофически быстрым замораживанием, т.к. пища практически осталась не переваренной. С учетом теплопроводности тела мамонта и степени переваренности растений в желудке был сделан вывод, что в разгар лета налетел леденящий вихрь с температурой около – 100 о С. Есть и гипотеза происхождения этого катастрофического для всего живого вихря: Земля прошла через хвост ледяной кометы, захватив частицы льда с температурой, близкой к абсолютному нулю (– 273 о С). Такой вихрь способен был заморозить огромные объемы воды в приполярных районах океана. Он объясняет и происхождение зон вечной мерзлоты. Есть данные, полученные по датированию геологической колонки из моря Росса, что Антарктида покрыта льдом не более 6 000 лет. Вряд ли найдутся объяснения приведенным фактам на основе униформистской теории.
Многие геологические аномалии легко объяснить последствиями Всемирного Потопа, отказавшись при этом от униформизма и гигантского масштаба его временной шкалы, тем более, что сегодня трудно отрицать роль катастроф в истории человечества. И крупнейшей из таких катастроф был Всемирный Потоп, описанный
Земля – третья планета от Солнца. Ее радиус составляет в среднем 6371 км. По форме она напоминает геоид, несколько сплющенный по полюсам. Разница между полярным и экваториальным радиусами составляет 21 км. Масса Земли составляет 6*10 18 тонн, средняя плотность вещества – 5.5 г/см 3
Земля имеет своё собственное магнитное поле, которое образует магнитосферу. Магнитное поле возникает благодаря гидродинамическим движениям в жидком ядре. Наличие магнитного поля в недрах планеты подтверждает, что ядро находится частично в жидком состоянии. Кроме того, для формирования такого поля необходимо приливное взаимодействие с другим небесным объектом – Луной.
Эволюция Земли
Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией её происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась около 4,5 млрд лет назад. В процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака постепенно увеличивалась её масса. Росли силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля все сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно. Чем крупнее были падавшие объекты, тем сильнее они нагревали Землю. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум поперечникам внедрившегося тела. А так как основная масса на этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100–1000 км могла приблизиться к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызвал распад короткоживущих радиоактивных изотопов. По-видимому, первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться еще на стадии её формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определённая часть более тяжёлого вещества всё же успевала опустится под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле. Предположительно ядро образовалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, начал кристаллизоваться – так (возможно) зародилось твёрдое внутреннее ядро. К настоящему времени оно составляет 1,7 % массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30 % земной массы. Развитие других оболочек продолжалось гораздо дольше и в некотором отношении не закончилось до сих пор. Литосфера сразу после своего образования имела небольшую толщину и была очень неустойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху так называемой великой бомбардировки (от 4,2 до 3,9 млрд. лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки – многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы практически стёрли следы этого периода.
Результат эволюции
В процессе эволюции возникли атмосфера и гидросфера Земли. Атмосфера Земли: в настоящее время Земля обладает атмосферой массой примерно 5,15*10 18 кг, т.е. менее миллионной доли массы планеты. Вблизи поверхности она содержит 78,08 % азота, 20,95 % кислорода, 0,94 % инертных газов, 0,03 % углекислого газа и в незначительных количествах другие газы. Давление и плотность в атмосфере убывают с высотой. Половина воздуха содержится в нижних 5,6 км, а почти вся вторая половина сосредоточена до высоты 11,3 км. На высоте 95 км плотность воздуха в миллион раз ниже, чем у поверхности. На этом уровне и химический состав атмосферы уже иной. Растет доля легких газов, и преобладающими становятся водород и гелий. Часть молекул разлагается на ионы, образуя ионосферу. Выше 1000 км находятся радиационные пояса. Их тоже можно рассматривать как часть атмосферы, заполненную очень энергичными ядрами атомов водорода и электронами, захваченными магнитным полем планеты.
Гидросфера Земли: вода покрывает более 70 % поверхности земного шара, а средняя глубина Мирового океана около 4 км. Масса гидросферы примерно 1,46*10 21 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей Земли. Гидросферу на 94 % составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5 %), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа, а растворённого кислорода – 8 трлн тонн.
Внутреннее строение Земли
Материалы, слагающие твёрдую Землю непрозрачны и плотны. Прямые исследования их возможны лишь до глубин составляющих ничтожную часть радиуса Земли. Самые глубокие пробуренные скважины и имеющиеся в настоящее время проекты ограничены глубинами 10–15 км, что составляет немногим более 0,1 % от радиуса. Возможно, что проникнуть на глубину более нескольких десятков километров не удастся. Поэтому сведения о глубоких недрах Земли получают, используя лишь косвенные методы. К ним относятся сейсмический, гравитационный, магнитный, электрический, электромагнитный, термический, ядерный и другие методы. Наиболее надёжным из них является сейсмический. Он основан на наблюдении сейсмических волн, возникающих в твёрдой Земле при землетрясениях. Подобно тому, как рентгеновские лучи позволяют исследовать состояние внутренних органов человека, сейсмические волны, проходя через земные недра, дают возможность составить представление о внутреннем строении Земли и об изменении физических свойств вещества земных недр с глубиной.
Сейсмические волны подразделяются на продольные и поперечные в соответствии с тем, что смещение вещества при колебаниях направлено вдоль и поперек направления распространения волны. Продольные волны могут распространяться как в жидкости, так и в твёрдом веществе, а поперечные – только в твёрдых породах. Кроме того, скорость продольных волн в твёрдом веществе примерно в 1,7 раза превышает скорость поперечных волн. Располагая сетью сейсмических станций на поверхности Земли, записывая показания приборов, регистрирующих землетрясения – сейсмографов и сравнивая эти показания, можно определить эпицентр землетрясения, а также скорость распространения волн в различных внутренних областях планеты. Поскольку скорость распространения волн зависит от плотности и упругости вещества, можно получить данные об этих параметрах, а также об агрегатном состоянии вещества (жидкое или твёрдое) во всей внутренней области Земли.
Помимо пассивного исследования сейсмических волн в настоящее время применяют метод глубинного сейсмического зондирования, предложенный в 1949 г. советским сейсмологом Г. А. Гамбурцевым. Этот метод заключается в использовании генерируемых с помощью взрыва сейсмических волн, которые регистрируются сейсмографами, установленными с интервалом всего 200–500 м друг от друга. Этот метод даёт самые надежные результаты, однако практическое использование его требует больших денежных затрат. В результате сейсмических исследований было определено, что внутренняя область Земли неоднородна по своему составу и физическим свойствам, и образует слоистую структуру.
Размеры и основные физические параметры Земных слоёв
1. Верхний слой Земли называется земной корой и подразделяется на несколько слоев. Самые верхние слои земной коры состоят преимущественно из пластов осадочных горных пород, образовавшихся путем осаждения различных мелких частиц, главным образом в морях и океанах. В этих пластах захоронены остатки животных и растений, населявших в прошлом земной шар. Общая мощность (толщина) осадочных пород не превышает 15–20 км.
3. Под мантией находится земное ядро с радиусом 3471 км. Оно подразделяется на жидкое внешнее ядро (слой между 2900 и 5100 км) и твёрдое ядрышко. При переходе от мантии к ядру резко изменяются физические свойства вещества, по-видимому, в результате высокого давления.
Внешние оболочки Земли
Помимо твёрдой внешней оболочки – литосферы выделяют также водную оболочку – гидросферу и воздушную оболочку – атмосферу. Более точно, под гидросферой понимают совокупность всех вод Земли, находящихся в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Больше всего на Земле жидкой воды – объём около 1,370·10 24 см 3 . Она образует на поверхности Земли Мировой океан, общая площадь которого равна 3,61·10 18 см 2 , т.е. 70,8 % площади всей земной поверхности. Вода благодаря своим уникальным свойствам имеет исключительно важное значение для создания на Земле оптимального теплового режима. Именно в ней зародилась и без неё была бы невозможна органическая жизнь.
Основная масса льда располагается на суше – главным образом в Антарктиде и Гренландии. Общая масса его около 2,42·10 22 г. Если бы этот лёд растаял, то уровень Мирового океана повысился бы примерно на 60 м. При этом 10 % суши оказалось бы затопленной морем.
Вода постепенно испаряется с поверхности Мирового океана. Она подхватывается воздушными течениями и переносится на громадные расстояния. После ряда превращений (конденсации, сублимации, коагуляции и т.п.) испарившаяся влага выпадает из атмосферы в виде осадков. Не вся влага при этом возвращается прямо в Мировой океан. Часть осадков выпадает на сушу, откуда они выносятся реками в моря и океаны. Ежегодно реки приносят с суши в Мировой океан более 35·10 18 г воды. Во время своего пути по суше вода растворяет различные соли, захватывает мелкие, а иногда и крупные частички и выносит все это в море. Общее количество минерального вещества, выносимого реками в Мировой океан за год равно примерно 35·10 14 г. Из них 18·10 14 г выпадает в осадок, а 17·10 14 г остаются растворёнными.
Круговорот воды на Земле существует миллионы лет. Возможно поэтому вода морей и океанов солёная, хотя на этот счёт нет единого мнения.
Атмосфера – газовая оболочка, окружающая Землю и вращающаяся с ней как единое целое. Атмосфера образовалась главным образом из газов, выделенных литосферой после формирования планеты. На протяжении миллиардов лет атмосфера Земли претерпела значительную эволюцию под влиянием многочисленных физико-химических и биологических процессов: диссипация газов в космическое пространство, вулканическая деятельность, диссоциация (расщепление) молекул в результате солнечного ультрафиолетового излучения, химические реакции между компонентами атмосферы и горными породами, дыхание и обмен веществ живых организмов.
Столб воздуха над одним квадратным сантиметром земной поверхности имеет массу около 1 кг, а масса всей атмосферы равна 5,16·10 21 г.
Атмосфера Земли имеет слоистое строение. Выделяют тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу.
Тропосфера – это прилегающая к земной поверхности область, в которой температура более или менее равномерно убывает с высотой до -50 °С и ниже. Верхняя граница тропосферы понижается при движении от экватора к полюсам от 17 до 9 км. В тропосфере заключено свыше 80 % массы атмосферы и практически весь водяной пар. В ней протекают физические процессы, которые обусловливают ту или иную погоду. В тропосфере осуществляются все превращения водяного пара. В ней образуются облака и формируются осадки, очень сильно развито турбулентное и конвективное перемешивание.
Стратосфера характеризуется постоянством или ростом температуры с высотой и исключительной сухостью воздуха. Верхняя граница стратосферы расположена в среднем на высотах 50–55 км. Температура стратосферы растёт с высотой, достигая на верхней границе 0–10 °С. Процессы в стратосфере практически не влияют на погоду.
Мезосфера – слой, лежащий над стратосферой и характеризующийся падением температуры с высотой. Верхняя граница мезосферы совпадает с минимумом температуры (около 90 °С) и расположена на высоте около 85 км.
Термосфера находится над мезосферой. Температура в ней быстро растёт, достигая 1000–2000 °С на высоте 400 км. Выше 400 км температура почти не меняется с высотой. Температура и плотность воздуха очень сильно зависят от времени суток и года, а также от солнечной активности. В годы максимума солнечной активности температура и плотность воздуха в термосфере значительно выше, чем в годы минимума.
Список использованных источников
4. Френкель, Е.Н. Концепции современного естествознания : физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие / Е.Н. Френкель. – Ростов н/Д : Феникс, 2014. – 220 с.
Появление и развитие жизни на Земле — это уникальное явление во всей Солнечной системе. Но оно не случайно, а было подготовлено сочетанием ряда благоприятных условий. Прежде всего для зарождения жизни должен был сформироваться сложный комплекс активно взаимодействующих природных компонентов, которые в течение чрезвычайно длительного времени в относительно стабильных гидротермальных условиях испытали строго направленную эволюцию.
Фаза аккреции — это образование ее из хаотического роя твердых, преимущественно каменных, некрупных тел и пылевых частиц. Ее надо представлять себе как непрерывное выпадение на растущую Земли относительно все большего количества крупных тел, укрупняющихся в своем полете при соударениях между собой, и притяжением к себе более удаленных мелких частей материи. Вместе с крупными телами на Землю падали макрообъекты — планетезимали, неудавшиеся планеты. Они имели размеры астероидов или некрупных спутников больших планет.
В фазу аккреции Земля приобрела приблизительно 95% современной массы, на что потребовалось по разным оценкам от 17 млн. лет до 400 млн. лет, в период с 4,6 по 4,2 млрд. лет назад. Во время аккреции Земля долго оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества внешней зоны планеты.
Фаза расплавления внешней сферы Земли устанавливается сообразно с ранней историей других планет, в первую очередь Луны, а также Меркурия, Марса. Лунная поверхность образована магматическими породами, которые отвердели 4,0 млрд. лет назад, т.е до этого Луна была расплавленным шаром. К этому же времени относят образование у Земли ядра, мантии и коры. Образование ядра создало условия для образования у Земли диполярного магнитного поля. Установление на Земле самых древнейших палеомагнитных пород с возрастом 3,7 млрд. лет — свидетельство существования в то время ядра, и естественно, мантии
Ландшафты того далекого времени были уникальны. Вся поверхность Земли представляла собой океан раскаленного тяжелого расплава с прорывающимися из него газами. В этот своеобразный океан продолжали стремительно врываться как малые, так и крупные космические тела, удары которых о жидкую поверхность вызывали образование всплесков, фонтанов и другие формы взлета и падения тяжелой жидкости. Над раскаленным океаном простиралось сплошь укутанное густыми тучами небо, с которого на поверхность не падало ни капли воды.
В лунную фазу существования Земля постепенно охлаждалась от температуры плавления базальтов (1000°- 800°) до 100° С. С преодолением температурного рубежа + 100° С связано все последующее преобразование природной среды и эволюция земной коры.
Геологическое время эволюции Земли это принципиально новый период развития нашей планеты в целом, особенно ее коры и природной среды.
Как только температура опустилась ниже 100° С, состояние воды, которая находилась в атмосфере в виде горячего пара, изменилось. Водяные пары атмосферы, а в них была сосредоточена практически вся гидросфера Земли, почти целиком превратились в жидкость, наиболее активное состояние воды по сравнению с ее газовой и твердой фазами. Сухая до того времени Земля стала необычайно обводненной. Сформировались поверхностный и грунтовый стоки, возникли водоемы, и, наконец, океаны. Начался круговорот воды в природе.
На заре геологической истории существовали обширные водоемы — моря и, вероятно, какие-то первоначальные океаны. В 1973 г. геологи Оксфордского университета обнаружили в юго-западной части Гренландии бурый железняк возрастом 3,76 млрд. лет (+- 70 млн. лет). Бурый железняк — осадочная порода, сформировавшаяся в водном бассейне. Еще раньше те же геологи вместе с сотрудниками Управления геологической съемки Гренландии обнаружили в 1971 г. метаморфизованные осадочные породы возрастом 3,98 млрд. лет. Факт обнаружения осадочных пород такого древнего возраста трудно переоценить. Это означает, что временной рубеж между ранней и геологической историей проходит где-то около 4 млрд. лет назад. Следовательно, на всю раннюю историю Земли остается всего 0,6 млрд. лет. Если помимо внешней сферы Земли расплавлялась и центральная область, то на планете могли образоваться океаны, близкие по объему современным. После охлаждения земной поверхности до температуры ниже 100° С на ней образовалась огромная масса жидкой воды, которая представляла собой не простое скопление неподвижных вод, а находящихся в активном глобальном круговороте. Несмотря на эволюцию этого круговорота в ходе времени, основные особенности его сохранились неизменными. В структурном отношении круговорот, как и в настоящее время, распадался на звенья: атмосферное (испарение, перенос влаги, осадки), литосферное (поверхностный и подземный стоки) и океаническое. В процессе функционирования круговорота воды в природе происходит поглощение солнечной энергии и распределение ее по земному шару. Вода благодаря своей необычайной подвижности и химической активности вступает во взаимодействие с природными компонентами, способствуя их взаимосвязям, чем и обеспечивает формирование того глобального природного комплекса, который в настоящее время называется географической оболочкой.
Читайте также: