Реферат история развития земли
Обновлено: 02.07.2024
Геология — в широком смысле наука о составе, строении, истории развития земной коры и других недр Земли; в узком смыле — наука о размещении а земной коре полезных ископаемых.
Идеологии изучающие нашу планету.
Современная идеология в структурном плане включает в себя 4 основных направления:
1. Описательная идеология(занимается описание минералов, горных пород и их типов)
Минералы-это физические и химические индуализированный тела возникшие в результате естественных физико-химических процессов земной коры. Известны 3000 минералов.
Горные породы - это природные агрегаты минералов (скоплений) более или менее постоянного состава образующие идеологические тела образующие земную кору.
2. Динамическая идеология изучает геологические процессы и их эволюцию.
Геодинамические процессы можно разделить на 2 типа:
Эндогенные процессы относятся:
горообразования, вулканизм, тектоника горных пород, метаморфизм, землетрясение, в том числе формирование ловушек для нефти и газа.
К экзогенным процессам относятся:
Выветривание, заболачивание, деятельность атмосферных вод, водных потоков, морей, озер, ледников, оползней, криогенных процессов.
3. Третье направление :историческая геология(восстанавливает прошлую картину земли).
Изучение окаменевших остатков животных и растительных организмов называется палиантогигией.
4. Четвертое направление: прикладная биология.
Занимается поиском полезным ископаемых.
Объектов изучения выступает земля которая состоит из 10 гелио оболочек.
На долю суши приходится 29% поверхности земли. Водные запасы составляют полтора миллиарда кубических километра.
79 соленая вода, 2 процента замершие ледники,19 пресная.
Ядро земли является двухслойным. Внутреннее ядро состоит из железа. Глубина бурения не превышает 12км. Основной метод изучения внутреннего состава земли это сейсмическая разведка.
На ряду с основными геооболочками следует учитывать и влияние магнитосферы (это область околоземного пространства, физические свойства которой определяется магнитным полем земли и его взаимодействием с потоком разряженных частиц).
Геологическая история земли.
Геологическая история (от архея до современности) характеризуется быстрым темпом эволюции. После охлаждения земной поверхности до 100°С парообразная вода превращается в жидкость, образуются водоемы, возникает круговорот воды в природе. Водная атмосфера превратилась в углекислую. В атмосфере преобладают газы-восстановители: водород, аммиак, сероводород, метан, углекислый и угарный газы. Появление растений привело к формированию атмосферы современного типа. Земля – это объект, который продолжает находиться в процессе становления.
С учетом перспективы история планеты Земля в окончательном виде может выглядеть следующим образом:
1) образование планеты (4,7-4,0 млрд. лет назад);
2) нарастание тектонической деятельности Земли и достижение ею своего пика (4,0-2,2 млрд. лет назад);
3) период приблизительного постоянства в тектонической деятельности планеты (2,2 млрд. лет назад – 0,6 млрд. лет вперед);
4) угасание тектонической деятельности Земли (0,6 млрд. лет вперед – 1,6 млрд. лет вперед);
5) остывание планеты под лучами Солнца (1,6-5 млрд. лет вперед);
6) опаление Земли в результате взрыва Солнца (около 5 млрд. лет вперед);
7) космическое странствие планеты (через 5 млрд. лет) до ее поглощения системой какой-либо звезды.
В XIX веке в геологии сформировались две концепции развития Земли[1]:
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
История развития Земли
История развития Земли для удобства изучения поделена на четыре эры и одиннадцать периодов. Два самых последних периода в свою очередь поделены на семь систем или эпох.
Земная кора стратифицирована, т.е. различные горные породы, слагающие ее, слоями лежат друг на друге. Как правило, возраст горных пород по направлению к верхним слоям уменьшается. Исключение составляют участки с нарушенным из-за движений земной коры залеганием слоев. Уильям Смит в 18 в. заметил, что в течении геологических периодов времени некоторые организмы значительно продвинулись в своем строении.
По современным оценкам возраст планеты Земля насчитывает примерно 4,6 – 4,9 10 лет. Эти оценки основываются главным образом на исследовании горных пород методами радиометрического датирования.
АРХЕЙ. О жизни в архее известно не много. Единственными животными организмами были клеточные прокариоты – бактерии и сине-зеленые водоросли. Продуктами жизнедеятельности этих примитивных микроорганизмов являются и древнейшие осадочные породы (строматолиты)- известковые образования в виде столбов, обнаружены в Канаде, Австралии, Африке, на Урале, в Сибири. Бактериальную основу имеют осадочные породы железа, никеля, марганца. Многие микроорганизмы – активные участники формирования колоссальных, пока еще мало разведенных ресурсов полезных ископаемых на дне Мирового океана. Велика роль микроорганизмов и в образовании горючих сланцев, нефти и газа. Сине-зеленые, бактерии быстро распространяются в архее и становятся хозяевами планеты. Эти организмы не имели обособленного ядра, но развитой системой обмена веществ, способностью к размножению. Сине-зеленые, кроме того, обладали аппаратом фотосинтеза. Появление последнего было крупнейшим ароморфозом в эволюции живой природы и открыло один из путей (вероятно, специфически земной) образования свободного кислорода.
Важнейший этап развития жизни на Земле тесно связан с изменением концентрации кислорода в атмосфере, становлением озонового экрана. Благодаря жизнедеятельности сине-зеленых содержание свободного кислорода в атмосфере заметно возросло. Накопление кислорода привело к возникновению первичного озонового экрана в верхних слоях биосферы, который открыл горизонты для расцвета.
ПРОТЕРОЗОЙ. Протерозой- огромный по продолжительности этап исторического развития Земли. В течении его бактерии и водоросли достигают исключительного расцвета, с их участием интенсивно шли процессы отложения осадков. В результате жизнедеятельности железобактерий в протерозе образовались крупнейшие железорудные месторождения.
На рубеже раннего и среднего рифея господство прокариот сменяется расцветом эукариотов – зеленых и золотистых водорослей. Из одноклеточных эукариотов за короткое время развиваются многоклеточные со сложной организацией и специализацией. Древнейшие представители многоклеточных животных известны с позднего рифея (700-600 млн. лет назад).
Теперь мы можем утверждать, что 650 млн. лет назад земные моря населяли разнообразные многоклеточные: одиночные и колониальные полипы, медузы, плоские черви и даже предки современных кольчатых червей, членистоногих, моллюсков и иглокожих. Некоторые формы ископаемых животных сейчас трудно отнести к известным классам и типам. Среди растительных организмов в то время преобладали одноклеточные, но появляются и многоклеточные водоросли (зеленые, бурые, красные), грибы.
ПАЛЕОЗОЙ. К началу палеозойской эры жизнь миновала, может быть, самую важную и трудную часть своего пути. Сформировались четыре царства живой природы: прокариоты, или дробянки, грибы, зеленые растения, животные.
Родоначальниками царства зеленых растений были одноклеточные зеленые водоросли, распространенные еще в морях протерозоя. Наряду с плавающими формами среди низ появились и прикрепленные ко дну. Фиксированный образ жизни потребовал расчленения тела на части. Но более перспективным оказалось приобретение многоклеточности, разделение многоклеточного тела на части, выполняющие различные функции.
Решающее значение для дальнейшей эволюции имело возникновение такого важного ароморфоза как половой процесс.
Как и когда произошло разделение живого мира на растения и животные? Един ли их корень? Споры ученых вокруг этого вопроса не затихают и сегодня. Возможно, первые животные произошли от общего ствола всех эукариотов или от одноклеточных зеленых водорослей.
КЕМБРИЙ – расцвет скелетных беспозвоночных. В этот период происходил очередной период горообразования, перераспределения площади суши и моря.
Климат кембрия был умеренным, материки неизменными. На суше по-прежнему жили лишь бактерии и сине-зеленые. В морях господствовали зеленые и бурые водоросли, прикрепленные ко дну; в толщах вод плавали диатомовые, золотистые, эвгленовые водоросли.
В результате увеличения смыва солей из суши, морские животные получили возможность усваивать в больших количествах минеральные соли. А это, в свою очередь, открыло перед ними широкие пути построения жесткого скелета.
Наиболее широкого распространения достигли древнейшие членистоногие – трилобиты, внешне сходные с современными ракообразными – мокрицами. Очень характерен для кембрия своеобразный тип многоклеточных животных - археоциат, который вымер к концу периода. В то время жили также разнообразные губки, кораллы, плеченогие, моллюски. Позднее появились морские ежи.
ОРДОВИК. В морях ордовика были разнообразно представлены зеленые, бурые и красные водоросли, многочисленные трилобиты. В ордовике появились первые головоногие моллюски, родственники современных осьминогов и кальмаров, распространились плеченогие, брюхоногие моллюски. Шел интенсивный процесс образования рифов четырехлучевыми кораллами и табулятами. Широкое распространение получают граптолиты – полухордовые, сочетающие в себе признаки беспозвоночных и позвоночных животных напоминающие современных ланцетников.
В ордовике появились споровые растения – псилофиты, произростающие по берегам пресных водоемов.
СИЛУР. На смену теплым мелководным морям ордовика пришли значительные площади суши, что привело к иссушению климата.
В силурских морях доживали свой век граптолиты, пришли в упадок трилобиты, но исключительного расцвета достигли головоногие моллюски. Кораллы постепенно вытеснили археоциат.
В силуре развились своеобразные членистоногие – гигантские ракоскорпионы, достигающие до 2 м. в длину. К концу палеозоя вся группа ракоскорпионов почти вымерла. Они напоминали современного мечехвоста.
Особенно примечательным событием этого периода было появление и распространение первых представителей позвоночных животных – панцирных “рыб”. Эти “рыбы” лишь по форме напоминали настоящих рыб, но принадлежали к другому классу позвоночных – бесчелюстными или круглоротым. Они не могли долго плавать и большей частью лежали на дне заливов и лагун. Из-за малоподвижного образа жизни они оказались неспособными к дальнейшему развитию. Из современных представителей клуглоротых известны миноги и миксины.
Характерная черта силурийскрго периода – интенсивное развитие наземных растений.
Одним из первых наземных, вернее земноводных, растений были псилофиты, ведущие свою родословную от зеленых водорослей. В водоемах водоросли адсорбируют воду и растворенные в ней вещества всей поверхностью тела, вот почему у них нет корней, а выросты тела, напоминающие корни, служат лишь органами прикрепления. В связи с необходимостью проведения воды от корней к листьям возникает сосудистая система.
Выход растений на сушу – один из величайших моментов Эволюции. Он был подготовлен предыдущей эволюцией органического и неорганического мира.
ДЕВОН. Девон – период рыб. Климат девона был более резко континентальный, происходили обледенения в горных районах Южной Африки. В более теплых районах климат изменился в сторону большего иссушения, появились пустынные и полупустынные области.
В морях девона большого расцвета достигли рыбы. Среди них были хрящевые рыбы, появились рыбы с костным скелетом. По строению плавников костные рыбы делятся на лучеперых и кистеперых. До недавнего времени считалось, что кистеперые вымерли в конце палеозоя. Но в 1938 г. рыболовный траулер доставил в музей Ист -Лондона такую рыбу и она была названа латимерией.
В конце палеозоя наиболее существенным этапом развития жизни было завоевание суши растениями и животными. Этому способствовало сокращение морских бассейнов, поднятием суши.
От псилофитов выделились типичные споровые растения: плауны, хвощи, папоротникообразные. На земной поверхности возникали первые леса.
К началу карбона произошло заметное потепление и увлажнение. На огромных долинах и тропических лесов в условиях непрерывного лета все росло стремительно вверх. Эволюция открыла новый путь – размножение семенами. Поэтому голосеменные растения подхватили эволюционную эстафету, а споровые растения остались боковой ветвью эволюции и отошли на задний план.
Выход позвоночных на сушу произошел еще в позднедевонский период, после завоевателей суши – псилофитов. В это время воздух был уже освоен насекомыми, а по земле стали распространяться потомки кистеперых рыб. Новый способ передвижения позволил им на некоторое время удалить от воды. Это привело к появлению существ с новым образом жизни – земноводных. Наиболее древние их представители – ихтиосхеги – обнаружены в Гренландии в девонских осадочных породах.
Расцвет древних амфибий приурочен к карбону. Именно в этот период широкое развитие получили стегоцефалы. Они обитали лишь в прибрежной части суши и не могли завоевать внутриконтинентальные массивы, расположенные вдали водоемов.
Благодаря этим особенностям строения земноводные сделали первый решительный шаг на сушу, но полными хозяевами суши стали их потомки – пресмыкающиеся. Развитие засушливого климата в пермском периоде привело к вымиранию стегоцифалов и развитию пресмыкающихся, в жизненном цикле которых нет стадий, связанных с водой. В связи с сухопутным образом жизни у пресмыкающихся возникло несколько крупных ароморфозов.
МЕЗОЗОЙ. Мезозой справедливо называют эрой пресмыкающихся и голосеменных. К концу мезозоя постепенно, в течении нескольких миллионов лет происходит массовое вымирание динозавров. Господство динозавров в течении целой геологической эры и почти вымирание их в конце эры составляют для палеонтологов большую загадку.
В триасе возникли первые представители теплокровных – мелкие примитивные млекопитающие.
В юре пресмыкающиеся – вторая группа животных, которая делает попытку освоить воздушную среду. Летающие ящерицы были двух типов: рамфоринхи и ширококрылые.
От поразительного разнообразного в прошлом классе пресмыкающихся в наши дни уцелело 6000 видов. Это представители пяти эволюционных ветвей: гаттерии, ящерицы, змеи, черепахи, крокодилы.
Птицы появились в юрском периоде. Они представляют собой боковую ветвь пресмыкающихся, приспособившихся к полету. Особенно большое сходство с пресмыкающимися имела юрская первоптица – археоптерикс.
Меловой период назван так в связи с обилием мела в морских отложениях того времени. Он образовался из остатков раковинок простейших животных – фораминифер. В начале мелового периода произошел следующий крупный сдвиг в эволюций растений – появились цветковые (покрытосеменные). Эти ароморфные изменения обеспечили цветковым растениям биологический прогресс, в следующую, кайнозойскую эру. Они широко заселили Землю и характеризуются большим многообразием. Некоторые их формы сохранились и поныне: тополя, ивы, дубы, эвкалипты, пальмы.
КАЙНОЗОЙ. Кайнозой – эра новой жизни – время расцвета цветковых растений, насекомых, птиц, млекопитающих.
Во времена существования динозавров была известна группа млекопитающих – небольших по размеру, с шерстяным покровом животных, возникших от тераспид или звереподобных. Живорождение, теплокровность, более развитый мозг и связанная с ним большая активность обеспечили, таким образом, прогресс млекопитающих, их выход на передний план эволюции.
В третичном периоде млекопитающие заняли господствующее положение, приспособившись к различным условиям на суше, в воздухе, воде, и как бы заменили мезозойских пресмыкающихся. В палеоцене и эоцене от насекомоядных произошли первые хищники, от них в олигоцене ответвились современные группы хищных. Они начали завоевывать моря. А так же от древних палеоценовых хищных произошли и первые копытные.
Из-за засушливости некоторых районов появились злаковые растения.
Уже в первой половине третичного периода успели возникнуть все современные отряды млекопитающих, а к середине периода широко распространялись общие предковые формы человекообразных обезьян и людей.
В течении четвертичного периода вымирали мастодоны, мамонты, саблезубые тигры, гигантские ленивцы, большерогие торфяные олени.
В Старом Свете человек расселился как минимум 500 тыс. лет назад. Перед оледенением охотники заселились до Огненной Земли. По мере таяния ледников происходило вторичное заселение человеком освободившихся из-под ледников территорий.
Около 10000 лет назад в умеренно теплых областях Земли началось одомашнивание животных и введение растений в культуру. Наступила “неолитическая революция”, связанная с переходом человека от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству.
Введение
1. Гипотезы происхождения Земли и их обоснование
2. Формирование внутренних оболочек Земли в процессе ее геологической эволюции
2.1 Основные этапы эволюции Земли
2.2 Внутренние оболочки Земли
3. Возникновение атмосферы и гидросферы Земли и их роль в появлении жизни
3.1 Гидросфера
3.2 Атмосфера
Заключение
Список литературы
Файлы: 1 файл
Oformlenie_referata_po_KSE.doc
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
Кафедра общей и теоретической физики
Выполнил: студент 4 курса,
группы – ФКг – 108
очной формы обучения
Ивановым Иваном Ивановичем
Проверил: ст. пр. кафедры общей
и теоретической физики
Введение
Планета Земля образовалась примерно 4,6 млрд лет назад. Существует множество гипотез образования планеты. Современные гипотезы основаны на концепции образования планет, выдвинутой Кантом и Лапласом.
Современный облик Земли значительно отличается от первоначального. В своей эволюции Земля прошла несколько этапов, которые принято делить на эры, периоды и т.д. Например, сейчас мы живем в кайнозойскую эру, которая уже продолжается 67 млн лет, что не так много по сравнению с другими периодами. В ходе эволюции на планете происходили неоднократные изменения. В настоящее время, рассматривая строение Земли, можно убедиться, что она представляет собой ряд сферических оболочек. Самая внешняя оболочка – газовая атмосфера, затем идет жидкая оболочка – гидросфера, которая частично покрывает основную массу планеты – литосферу.
Литосфера и атмосфера разделяются на ряд сферических слоев, не одинаковых по своим физическим свойствам. Так литосфера состоит из земной коры, мантии и ядра, в атмосфере выделяют следующие слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу.
1. Гипотезы происхождения Земли и их обоснование
Современные гипотезы образования Земли и других планет Солнечной системы основаны на выдвинутой в 18в. И. Кантом (Германия) и независимо от него П. Лапласом (Франция) концепции образования планет из пылевого вещества и газовой туманности, позднее эта гипотеза получила название Канта-Лапласа. В 20в. эту концепцию развили О. Ю. Шмидт (СССР), К. Вейцзекер (Германия), Ф. Фойл (Англия), А. Камерон (США) и Э. Шацман (Франция).
Кант и Лаплас обратили внимание на то, что Солнце горячее, а Земля холодная и по своему размеру много меньше, чем Солнце. Все планеты обращаются по окружностям, в одну и ту же сторону и почти в одной и той же плоскости. Это составляет основные отличительные черты Солнечной системы.
Кант и Лаплас утверждали, что в природе все непрерывно изменяется, развивается. И Земля и Солнце раньше не были такими, какие они сейчас, а составляющее их вещество существовало совсем в другом виде.
Лаплас обосновал свою гипотезу более убедительно. Он считал, что когда-то Солнечной системы не было, а была первичная разряженная и раскаленная газовая туманность с уплотнением в центре. Она медленно вращалась, и размеры ее были больше, чем теперь поперечник самой удаленной от Солнца планеты. Гравитационное притяжение частичек туманности друг к другу приводило к сжатию туманности и уменьшению ее размеров. Согласно закону сохранения момента импульса при сжатии вращающегося тела скорость его вращения возрастает. Поэтому при вращении туманности большое количество частичек на ее экваторе (которые вращались быстрее, чем у полюсов) отрывались, или, точнее, отслаивались от нее. Вокруг туманности возникало вращающееся кольцо. Вместе с тем туманность, шарообразная вначале, вследствие центробежной сплющивалась у полюсов и становилась похожей на линзу.
Все время сжимаясь и ускоряя свое вращение, туманность постепенно отслаивала от себя кольцо за кольцом, которые вращались в одну и ту же сторону и в одной и той же плоскости. Газовые кольца имели неоднородности плотности. Наибольшее сгущение в каждом из колец постепенно притягивало к себе остальное вещество кольца. Так каждое кольцо превращалось в один большой газовый клубок, вращающийся вокруг своей оси. После этого с ним повторялось то же, что с огромной первичной туманностью: он превращался в сравнительно небольшой шар, окруженный кольцами, опять сгущавшимися в небольшие тела. Последние, охладившись, становились спутниками больших газовых шаров, обращавшихся вокруг Солнца и после затвердевания превратившихся в планеты. Наибольшая часть туманностей сосредоточилась в центре; она не остыла до сих пор и стала Солнцем.
Гипотеза Лапласа была научной, поскольку основывалась на законах природы, известных из опыта. Однако после Лапласа были открыты новые явления в Солнечной системе, которые его теория не могла объяснить. Например, оказалось, что планета Уран вращается вокруг своей оси не в ту сторону, куда вращаются остальные планеты. Были лучше изучены свойства газов и особенности движения планет и их спутников. Эти явления также не согласовывались с гипотезой Лапласа и от нее пришлось отказаться.
Определенным этапом в развитии взглядов на образование Солнечной системы была гипотеза английского астрофизика Джеймса Джинса. Он считал, что планеты образовались в результате катастрофы: какая-то относительно большая звезда прошла совсем близко от уже существовавшего Солнца, следствием чего явился выброс из поверхностных слоев Солнца струи газа, из которых впоследствии образовались планеты. Но гипотеза Джинса, так же как гипотеза Канта-Лапласа, не может объяснить несоответствие в распределении момента количества движения между планетами и Солнцем.
Известный советский ученый академик О. Ю Шмидт предложил гипотезу, в разработке которой приняли участие астрономы, геофизики, геологи и другие ученые и согласно которой Земля и другие планеты никогда, не были раскаленными газовыми телами, подобными Солнцу и звездам, а должны были образоваться из холодных частиц вещества. Эти частицы первоначально двигались беспорядочно. Затем их орбиты становились круговыми и располагались примерно в одной и той же плоскости. При этом направление вращения частиц в какую-либо определенную сторону со временем начинало преобладать, и, в конце концов, все частицы стали вращаться в одну и ту же сторону. В результате столкновения частиц при первоначальном беспорядочном движении энергия их движения частично переходила в тепло и рассеивалась в пространство. Расчеты показали, что в результате этих процессов шарообразное облако постепенно сплющивалось и наконец стало по форме похожим на блин. Далее гравитационное взаимодействие привело к росту более крупных частиц путем захвата ими мелких частиц. Таким образом, большая часть пылинок собралась в несколько гигантских комков вещества, которые стали планетами.
Согласно оценкам, полученным Шмидтом, для образования Солнечной системы потребовалось 6-7 млрд. лет, что по порядку величины согласуется с данными, полученными в результате изотопического анализа.
По гипотезе Шмидта, Земля никогда не была огненно-жидкой, а разогрев внутренней области Земли произошел в результате ядерных реакций распада тяжелых элементов, входящих в состав первоначального вещества.
2. Формирование внутренних оболочек Земли в процессе ее геологической эволюции
2.1 Основные этапы эволюции Земли
История Земли по современным представлениям насчитывает примерно 4,6 млрд. лет. Многочисленные результаты исследования земной коры (химический состав и структура горных пород, их распределение по глубине, содержание радиоактивных изотопов, остатков ископаемых живых организмов) позволили установить картину формирования и развития планеты, определить возраст биосферы.
Вся история существования Земли подразделяется на временные отрезки, для каждого из которых характерны определенные физические, химические, климатические условия, а также этапы эволюции живой природы.
Временные отрезки геохронологической шкалы подразделяют на эоны, эры, периоды. Первый, самый ранний временной отрезок, называемый "катархей" или "лунный период", соответствует формированию Земли, ее атмосферы, водной среды. Жизни на протяжении первых 1-1,5 млрд. лет не существовало ни в какой форме, поскольку еще не возникли соответствующие физико-химические условия. На раннем этапе происходили интенсивные тектонические процессы, сопровождавшиеся перераспределением по глубине Земли химических элементов и соединений. Ядерные реакции распада, происходившие в центре и глубинных слоях планеты, способствовали разогреву Земли. В атмосфере преобладали соединения серы, хлора, азота, содержание кислорода было в сотни раз меньше, чем сейчас. Более тяжелые элементы перемещались к центру Земли и затем сформировали ядро, более легкие – к поверхности. Интенсивные вулканические и грозовые процессы способствовали формированию водной среды – в ней и начали образовываться первые органические молекулы.
Различия в составе горных пород от одной эпохи к другой, в свою очередь, обусловлены резкими изменениями природно-климатических и физических условий на планете. Установлено, что климат на Земле многократно менялся, потепления сменялись резкими похолоданиями, происходили поднятия и опускания суши. Случались и крупные космические катастрофы: столкновения с метеоритами, кометами и астероидами. На Земле обнаружено большое число метеоритных кратеров крупных размеров. Самый крупный из них на полуострове Юкатан имеет диаметр более 100 км; его возраст- 65 млн. лет - практически совпадает с окончанием мелового и началом палеогенового периода. Многие палеонтологи именно с этой крупнейшей катастрофой связывают вымирание динозавров.
2.2 Внутренние оболочки Земли
Сейсмические волны бывают двух типов: продольные и поперечные. В продольных волнах частицы сдвигаются вдоль направления, в поперечных – перпендикулярно к этому направлению. Скорость продольных волн больше, чем поперечных. Когда сейсмическая волна встречает какую-либо границу раздела, происходит ее отражение и преломление. Наблюдая сейсмические колебания можно определить глубину границ, на которых происходит изменение свойств пород, и величину самих изменений.
Особое место в Солнечной системе занимает Земля – единственная планета, на которой в течение миллиардов лет развиваются различные формы жизни.
С появлением науки в ее современном понимании на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении мира. Наука отличается от мифологии тем, что стремится не к объяснению мира в целом, а к формулированию законов развития природы, допускающих эмпирическую проверку. Разум и опора на чувственную реальность имеют в науке большее значение, чем вера. Наука – это, в определенной степени, синтез философии и религии, представляющее собой теоретическое освоение действительности.
Мы живём во Вселенной, а наша планета Земля является её мельчайшим звеном. Поэтому, история возникновения Земли тесно связана с историей возникновения Вселенной. Кстати, а как она возникла? Какие силы повлияли на процесс становления Вселенной и, соответственно, нашей планеты? В наше время существует множество различных теорий и гипотез относительно этой проблемы. Величайшие умы человечества дают свои взгляды по этому поводу.
Сейчас происхождение Вселенной построено на двух моделях:
а) Модель расширяющейся Вселенной. Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения:
1) свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направлениях (изотропность);
2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, основанная на этих постулатах, – релятивистская.
Важным пунктом данной модели является ее не стационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности:
1) принципом относительности, гласящим, что во всех инерциальных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга;
2) экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.
Так вот, для всех далеких источников света красное смещение было зафиксировано, причем, чем дальше находился источник, тем в большей степени. Красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника, что и подтверждало гипотезу об удалении их, то есть о расширении Мега галактики – видимой части Вселенной.
Красное смещение надежно подтверждает теоретический вывод о не стационарности области нашей Вселенной с линейными размерами порядка нескольких миллиардов парсек на протяжении, по меньшей мере, нескольких миллиардов лет. В то же время кривизна пространства не может быть измерена, оставаясь теоретической гипотезой.
б) Модель Большого Взрыва. Наблюдаемая нами Вселенная, по данным современной науки, возникла в результате Большого взрыва 13,7 млрд лет назад. Представление о Большом Взрыве является составной частью модели расширяющейся Вселенной.
Что же было после Большого взрыва? Образовался сгусток плазмы – состояния, в котором находятся элементарные частицы, который и начал расширяться всё больше и больше под действием взрывной волны? Через 0,01 с после начала Большого Взрыва во Вселенной появилась смесь легких ядер. Так появились не только материя и многие химические элементы, но и пространство и время.
Данные модели помогают выдвинуть гипотезы о происхождении Земли:
2. По-другому объяснял возможность образования небесных тел немецкий ученый Иммануил Кант (1724–1804). Он предположил, что Солнечная система произошла из гигантского холодного пылевого облака. Частицы этого облака находились постоянном беспорядочном движении, взаимно притягивали друг друга, сталкивались, слипались, образуя сгущения, которые стали расти и со временем дали начало Солнцу и планетам.
3. Пьер Лаплас (1749–1827), французский астроном и математик, предложил свою гипотезу, объясняющую образование и развитие Солнечной системы. По его мнению, Солнце и планеты возникли из вращающегося раскаленного газового облака. Постепенно остывая, сжималось, образуя многочисленные кольца, которые, уплотняясь, создали планеты, а центральный сгусток превратился в Солнце.
В начале нашего столетия английский ученый Джеймс Джине (1877–1946) выдвинул гипотезу, которая так объясняла образование планетной системы: когда-то вблизи Солнца пролетала другая звезда, которая своим тяготением вырвала из него часть вещества. Сгустившись, оно дало начало планетам.
4. Наш соотечественник, известный ученый Отто Юльевич Шмидт (1891–1956) в 1944 г. предложил свою гипотезу образования планет. Он полагал, что миллиарды лет назад Солнце было окружено гигантским облаком, которое состояло из частичек холодной пыли и замерзшего газа. Все они обращались вокруг Солнца. Находясь в постоянном движении, сталкиваясь, взаимно притягивая друг друга, они как бы слипались, образуя сгустки. Постепенно газово-пылевое облако сплющивалось, а сгустки стали двигаться по круговым орбитам. Со временем из этих сгустков и образовались планеты нашей Солнечной системы.
Нетрудно заметить, что гипотезы Канта, Лапласа, Шмидта во многом близки. Многие мысли этих ученых легли в основу современного представления о происхождении Земли и всей Солнечной системы.
Древнейшая Земля весьма мало напоминала планету, на которой мы сейчас живем. Её атмосфера состояла из водяных паров, углекислого газа и, по одним, – из азота, по другим – из метана и аммиака. Кислорода в воздухе безжизненной планеты не было, в атмосфере древней Земли гремели грозы, её пронизывало жёсткое ультрафиолетовое излучение Солнца, на планете извергались вулканы. Исследования показывают, что полюса на Земле менялись, и когда-то Антарктида была вечнозеленой. Вечная мерзлота образовалась 100 тыс. лет назад после великого оледенения.
В XIX веке в геологии сформировались две концепции развития Земли:
Успехи физики XX века способствовали существенному продвижению в познании истории Земли. В 1908 году ирландский ученый Д. Джоли сделал сенсационный доклад о геологическом значении радиоактивности: количество тепла, испущенного радиоактивными элементами, вполне достаточно, чтобы объяснить существование расплавленной магмы и извержение вулканов, а также смещение континентов и горообразование. С его точки зрения, элемент материи – атом – имеет строго определенную длительность существования и неизбежно распадается. В следующем 1909 году русский ученый В.И. Вернадский основывает геохимию – науку об истории атомов Земли и её химико-физической эволюции.
Мы знаем, что в настоящее время Земля состоит из ряда сферических оболочек, в том числе твердого внутреннего ядра, жидкого внешнего и твердой мантии с тонкой оболочкой твёрдой же земной коры. Иными словами, Земля дифференцирована по свойствам и составу вещества. Когда и как произошла эта дифференциация?
На этот счет существуют две, наиболее распространённые точки зрения. Ранняя из них полагала, что первоначальная Земля, сформировавшаяся сразу после аккреции из планетезималей, состоящих из никелистого железа и силикатов, была однородна и только потом подверглась дифференциации на железоникелевое ядро и силикатную мантию. Эта гипотеза получила название гомогенной аккреции. Более поздняя гипотеза гетерогенной аккреции заключается в том, что сначала аккумулировались наиболее тугоплавкие планетезимали, состоящие из железа и никеля и только потом в аккрецию вступило силикатное вещество, слагающее сейчас мантию Земли от уровня 2900 км. Эта точка зрения сейчас, пожалуй, наиболее популярна, хотя и здесь возникает вопрос о выделении внешнего ядра, имеющего свойства жидкости. Возникло ли оно после формирования твёрдого внутреннего ядра или внешнее и внутреннее ядра выделялись в процессе дифференциации? Но этот вопрос однозначного ответа не существует, но предположение отдается второму варианту.
Процесс аккреции, столкновение планетезималей размером до 1000 км, сопровождался большим выделением энергии, с сильным прогревом формирующейся планеты, ее дегазацией, т.е. выделением летучих компонентов, содержащихся в падавших планетезималях. Большая часть летучих веществ при этом безвозвратно терялась в межпланетном пространстве, о чем свидетельствует сравнение составов летучих в метеоритах и породах Земли. Процесс становления нашей планеты по современным данным длился около 500 млн лет и проходил в 3 фазы аккреции. В течение первой и главной фазы Земля сформировалась по радиусу на 93–95 % и эта фаза закончилась к рубежу 4,4–4,5 млрд лет, т.е. длилась около 100 млн лет.
Следовательно, предпочтение нужно отдать не очень холодной, но и не расплавленной ранней Земле. Факторов нагрева планеты было много. Это и гравитационная энергия; и соударение планетезималей; и падение очень крупных метеоритов, при ударе которых повышенная температура распространялась до глубин 1–2 тыс. км. Если же, всё-таки, температура превышала точку плавления вещества, то наступала дифференциация – более тяжёлые элементы, например, железо, никель, опускались, а легкие, наоборот, всплывали.
Но главный вклад в увеличение тепла должен был играть распад радиоактивных элементов плутония, тория, калия, алюминия, йода. Еще один источник тепла – это твёрдые приливы, связанные с близким расположением спутника Земли Луны. Все эти факторы, действуя вместе, могли повысить температуру до точки плавления пород, например, в мантии она могла достигнуть +1500 °С. Но давление на больших глубинах препятствовало плавлению, особенно во внутреннем ядре. Процесс внутренней дифференциации нашей планеты происходил всю её геологическую историю, продолжается он и сейчас. Однако, уже 3,5–3,7 млрд лет назад, при возрасте Земли в 4,6 млрд лет, у Земли было твёрдое внутреннее ядро, жидкое внешнее и твердая мантия, т.е. она уже была дифференцирована в современном виде. Об этом говорит намагниченность таких древних горных пород, а, как известно, магнитное поле обусловлено взаимодействием жидкого внешнего ядра и твердого внешнего. Процесс расслоения, дифференциации недр происходил на всех планетах, но на Земле он происходит и сейчас, обеспечивая существование жидкого внешнего ядра и конвекцию в мантии.
Решающим аргументом в пользу принятия данной концепции А. Вегенера стало эмпирическое обнаружение в конце 50-х годов расширения дна океанов, что послужило отправной точкой создания тектоники литосферных плит. В настоящее время считается, что континенты расходятся под влиянием глубинных конвективных течений, направленных вверх и в стороны и тянущих за собой плиты, на которых плавают континенты. Эту теорию подтверждают и биологические данные о распространении животных на нашей планете. Теория дрейфа континентов, основанная на тектонике литосферных плит, ныне общепринята в геологии.
Много лет назад отец-геолог подвел своего маленького сына к карте мира и спросил, что будет, если береговую линию Америки придвинуть к побережью Европы и Африки? Мальчик не поленился и, вырезав соответствующие части из физико-географического атласа, с удивлением обнаружил, что западное побережье Атлантики совпало с восточным в пределах, так сказать, ошибки эксперимента.
Эта история не прошла для мальчика бесследно, он стал геологом и поклонником Альфреда Вегенера, отставного офицера германской армии, а также метеоролога, полярника, и геолога, который в 1915 году создал концепцию дрейфа континентов.
Свою лепту в возрождение концепции дрейфа внесли и высокие технологии: именно компьютерное моделирование в середине 1960-х годов показало хорошее совпадение границ континентальных масс не только для Циркум-Атлантики, но и для ряда остальных материков – Восточной Африки и Индостана, Австралии и Антарктиды. В результате в конце 60-х появилась концепция тектоники плит, или новой глобальной тектоники.
Предложенная сначала чисто умозрительно для решения частной задачи - распределения землетрясений различной глубины на поверхности Земли, - она сомкнулась с представлениями о дрейфе континентов и мгновенно получила всеобщее признание. К 1980 году – столетию со дня рождения Альфреда Вегенера – стало принято говорить о формировании новой парадигмы в геологии. И даже о научной революции, сопоставляемой с революцией в физике начала XX века…
Согласно этой концепции, земная кора разбита на несколько огромных литосферных плит, которые постоянно двигаются и продуцируют землетрясения. Первоначально было выделено несколько литосферных плит: Евразийская, Африканская, Северо- и Южноамериканская, Австралийская, Антарктическая, Тихоокеанская. Все они, кроме Тихоокеанской, чисто океанической, включают в себя части как с континентальной, так и океанической корой. И дрейф континентов в рамках этой концепции – не более чем их пассивное перемещение вместе с литосферными плитами.
Учёным совершенно не ясно, куда движутся материки и некоторые из них не согласны с тем, что движется земная кора, а если движутся, то за счёт действия каких сил и источников энергии. Широко распространённое предположение о том, что причиной движения земной коры служит тепловая конвекция, по сути, неубедительно, ибо оказалось, что такого рода предположения идут вразрез с основными положениями многих физических законов, экспериментальных данных и многочисленных наблюдений, включая данные космических исследований о тектонике и строении других планет. Реальных схем тепловой конвекции, не противоречащих законам физики, и единого логически обоснованного механизма движения вещества, одинаково приемлемых для условий недр звёзд, планет и их спутников, до сих пор не найдено.
В срединно-океанических хребтах образуется новая разогретая океаническая кора, которая, остывая, снова погружается в недра мантии и рассеивает тепловую энергию, идущую на перемещение плит земной коры.
Гигантские геологические процессы, такие как вздымание горных хребтов, мощные землетрясения, образование глубоководных впадин, извержение вулканов, — все они, в конце концов, порождаются движением плит земной коры, при котором происходит постепенное охлаждение мантии нашей планеты.
Земная суша образуется твёрдыми горными породами, зачастую покрытыми слоем почвы и растительностью. Но откуда эти горные породы берутся? Новые горные породы формируются из вещества, рождающегося глубоко в недрах Земли. В нижних слоях земной коры температура намного выше, чем па поверхности, а составляющие их горные породы находятся под огромным давлением. Под воздействием жара и давления горные породы прогибаются и размягчаются, а то и вовсе плавятся. Как только в земной коре образуется слабое место, расплавленные горные породы – их называют магмой – прорываются на поверхность Земли. Магма вытекает из жерла вулканов в виде лавы и распространяется на большой площади. Застывая, лава превращается в твердую горную породу.
Другие виды магмы гораздо гуще: их густота, или консистенция, больше похожа на черную патоку. Содержащиеся в такой магме газы с большим трудом пробиваются на поверхность сквозь ее плотную массу. Вспомните, как легко пузырьки воздуха вырываются из кипящей воды и насколько медленнее это происходит, когда вы нагреваете что-нибудь более густое, к примеру, кисель. Когда более плотная магма поднимается ближе к поверхности, давление на нее уменьшается. Растворённые в ней газы стремятся расшириться, но не могут. Когда же магма, наконец, вырывается наружу, газы расширяются столь стремительно, что происходит грандиозный взрыв. Лава, обломки горных пород и пепел разлетаются во все стороны, как снаряды, выпущенные из пушки. Подобное извержение случилось в 1902 г. на о-ве Мартиника в Карибском море. Катастрофическое извержение вулкана Моптапь-Пеле полностью разрушило порт Сеп-Пьер. Погибло около 30 000 человек
Геология дала человечеству возможность использования геологических ресурсов для развития всех отраслей техники и технологии. Вместе с тем, интенсивная техногенная деятельность привела к резкому ухудшению экологической мировой обстановки, настолько сильной и быстрой, что нередко под вопрос ставится существование человечества. Мы потребляем намного больше, чем природа в состоянии регенерировать. Поэтому проблема устойчивого развития в наши дни является подлинно глобальной, мировой проблемой, касающейся всех государств.
Несмотря на увеличение научно-технического потенциала человечества, уровень нашего незнания о планете Земля все еще очень велик. И по мере прогресса в наших знаниях о ней, количество вопросов, остающихся нерешенными, не уменьшается. Мы стали понимать, что на процессы, происходящие на Земле, оказывают влияние и Луна, и Солнце, и другие планеты, все связано воедино, и даже жизнь, возникновение которой составляет одну из кардинальных научных проблем, возможно, занесена к нам из космического пространства. Геологи пока бессильны предсказывать землетрясения, хотя, предугадать извержения вулканов сейчас уже можно с большой долей вероятности. Множество геологических процессов еще плохо поддаются объяснению и тем более прогнозированию. Поэтому интеллектуальная эволюция человечества во многом связана с успехами геологической науки, которая когда-нибудь позволит человеку решить волнующие его вопросы о происхождении Вселенной, происхождении жизни и разума.
Список использованной литературы
Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. – Изд. 3-е, перераб. и доп. – М., 1990. – 192 с.
Френкель, Е.Н. Концепции современного естествознания : физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие / Е.Н. Френкель. – Ростов н/Д : Феникс, 2014. – 246 с.
Читайте также: