История нашей планеты еще хранит в себе немало загадок. Ученые разных областей естествознания вложили свою лепту в изучение развития жизни на Земле.
Считается, что возраст нашей планеты составляет около 4,54 миллиарда лет. Весь этот временной промежуток принято делить на два основных этапа: фанерозой и докембрий. Эти этапы называются эонами или эонотемой. Эоны в свою очередь делятся на несколько периодов, каждый из которых отличается совокупностью изменений, происходивших в геологическом, биологическом, атмосферном состоянии планеты.
- Докембрий, или криптозой — это эон (временной промежуток развития Земли), охватывающий около 3,8 миллиардов лет. То есть, докембрий — это развитие планеты от момента образования, формирования земной коры, протоокеана и возникновения жизни на Земле. К концу докембрия на планете уже были широко распространены высокоорганизованные организмы с развитым скелетом.
Эон включает в себя еще две эонотемы — катархей и архей. Последний, в свою очередь, включает в себя 4 эры.
1. Катархей — это время образования Земли, но не было еще ни ядра, ни земной коры. Планета была еще холодным космическим телом. Ученые предполагают, что в этот период на Земле уже была вода. Катархей длился около 600 млн. лет.
2. Архей охватывает период в 1,5 млрд лет. В этот период на Земле еще не было кислорода, происходило формирование залежей серы, железа, графита, никеля. Гидросфера и атмосфера представляли собой единую парогазовую оболочку, которая плотным облаком окутывала земной шар. Солнечные лучи сквозь эту завесу практически не проникали, поэтому на планете царил мрак.2.1 2.1. Эоархей — это первая геологическая эра, которая длилась около 400 млн.лет. Важнейшее событие эоархея — формирование гидросферы. Но воды было еще мало, водоемы существовали отдельно друг от друга и пока не сливались в мировой океан. В это же время земная кора становится твердой, хотя астероиды еще бомбят Землю. На исходе эоархея образуется первый в истории планеты суперконтинент — Ваальбара.
2.2 Палеоархей — следующая эра, которая также длилась приблизительно 400 млн.лет. В этот период формируется ядро Земли, возрастает напряженность магнитного поля. Сутки на планете длились всего 15 часов. Зато повышается содержание кислорода в атмосфере за счет деятельности появившихся бактерий. Остатки этих первых форм палеоархейской эры жизни были найдены в Западной Австралии.
2.3 Мезоархей также длился около 400 млн.лет. В мезоархейскую эру нашу планету покрывал неглубокий океан. Участки суши представляли собой небольшие вулканические острова. Но уже в этот период начинается формирование литосферы и запускается механизм тектоники плит. В конце мезоархея наблюдается первый ледниковый период, во время которого на Земле впервые образуются снег и лед. Биологические виды по-прежнему пока представлены бактериями и микробными формами жизни.
2.4 Неоархей — завершающая эра архейского эона, длительность которой составляет около 300 млн. лет. Колонии бактерий в это время формирует первые на Земле строматолиты (известняковые отложения). Важнейшее событие неоархея - образование кислородного фотосинтеза.
II. Протерозой — один из длиннейших временных отрезков истории Земли, который принято делить на три эры. Во время протерозоя впервые появляется озоновый слой, мировой океан достигает практически современного объема. А после длительнейшего гуронского оледенения на Земле появляются первые многоклеточные формы жизни - грибы и губки. Протерозой принято делить на три эры, каждая их которых содержала по несколько периодов.
3.1 Палео-протерозой — первая эра протерозоя, которая началась 2,5 млрд. лет назад. В это время полностью формируется литосфера. А вот прежние формы жизни вследствие увеличения содержания кислорода практически вымерли. Этот период получил название кислородной катастрофы. К концу эры на Земле появляются первые эукариоты.
3.2 Мезо-протерозой длился приблизительно 600 млн.лет. Важнейшие события этой эры: формирование континентальных масс, образование суперконтинента Родиния и эволюция полового размножения.
3.3 Нео-протерозой . Во время этой эры Родиния распадается примерно на 8 частей, суперокеан Мировия прекращает свое существование, а на исходе эры Земля практически до экватора покрывается льдами. В неопротерозойскую эру живые организмы впервые начинают приобретать твердую оболочку, что в дальнейшем послужит основой скелета.
III. Палеозой
— первая эра фанерозойского эона, начавшаяся приблизительно 541 млн. лет назад и длившаяся около 289 млн. лет. Это эпоха появления древней жизни. Суперконтинент Гондвана объединяет южные материки, чуть позже к нему присоединяются остальные части суши и появляется Пангея. Начинают формироваться климатические пояса, а флора и фауна представлена, в основном, морскими видами. Только к концу палеозоя начинается освоение суши, и появляются первые позвоночные.
Палеозойскую эру условно делят на 6 периодов.
1. Кембрийский период длился 56 млн. лет. В этот период формируются основные горные породы, у живых организмов появляется минеральный скелет. А важнейшим событием кембрия является возникновение первых членистоногих.
2. Ордовикский период — второй период палеозоя, длившийся 42 млн. лет. Это эпоха образования осадочных пород, фосфоритов и горючих сланцев. Органический мир ордовика представлен морскими беспозвоночными и сине-зелеными водорослями.
3. Силурийский период охватывает следующие 24 млн. лет. В это время вымирают практически 60% живых организмов, существовавших прежде. Зато появляются первые в истории планеты хрящекостные и костные рыбы. На суше силур знаменуется возникновением сосудистых растений. Суперконтинеты сближаются и образуют Лавразию. К концу периода отмечено таяние льдов, уровень моря повысился, а климат стал мягче.
4. Девонский период
отличается бурным развитием разнообразных форм жизни и освоением новых экологических ниш. Девон охватывает временной промежуток в 60 млн. лет. Появляются первые наземные позвоночные, пауки, насекомые. У животных суши формируются легкие. Хотя, по-прежнему, преобладают рыбы. Царство флоры этого периода представлено пропапоротниками, хвощевидными, плаунами и госеменными.
5. Каменноугольный период часто называют карбоном. В это время Лавразия сталкивается с Гондваной и появляется новый суперконтинент Пангея. Образовывается и новый океан — Тетис. Это время появления первых земноводных и рептилий.
6. Пермский период
— последний период палеозоя, завершившийся 252 млн. лет назад. Предполагают, что в это время на Землю упал крупный астероид, что привело к значительному изменению климата и вымиранию практически 90% всех живых организмов. Большая часть суши покрывается песками, появляются самые обширные пустыни, которые только существовали за всю историю развития Земли.
IV. Мезозой
— вторая эра фанерозойского эона, продолжавшаяся почти 186 млн.лет. В это время материки приобретают практически современные очертания. А теплый климат способствует бурному развитию жизни на Земле. Исчезают гигантские папоротники, а им на смену появляются покрытосеменные растения. Мезозой - это эпоха динозавров и появления первых млекопитающих.
В мезозойской эре выделяют три периода: триас, юра и мел.
1. Триасовый период длился чуть более 50 млн. лет. В это время Пангея начинает раскалываться, а внутренние моря постепенно мельчают и высыхают. Климат - мягкий, зоны выражены не ярко. Почти половина растений суши исчезает, так как распространяются пустыни. А в царстве фауны появляются первые теплокровные и сухопутные рептилии, ставшие предками динозавров и птиц.
2. Юрский период
охватывает промежуток в 56 млн. лет. На Земле царил влажный и теплый климат. Суша покрывается зарослями папоротников, сосен, пальм, кипарисов. На планете царят динозавры, а многочисленные млекопитающие отличались пока маленьким ростом и густой шерстью.
3. Меловой период
— наиболее продолжительный период мезозоя, длившийся почти 79 млн. лет. Практически заканчивается раскол континентов, Атлантический океан значительно увеличивается в объеме, на полюсах формируются ледяные покровы. Увеличение водной массы океанов приводит к образованию парникового эффекта. В конце мелового периода происходит катастрофа, причины которой до сих пор не ясны. В результате вымерли все динозавры и большинство видов рептилий и голосеменных растений.
V. Кайнозой
— это эра животных и человека разумного, начавшаяся 66 млн. лет назад. Континенты в это время приобрели свое современное очертание, Антарктида заняла южный полюс Земли, а океаны продолжали увеличиваться. Уцелевшие после катастрофы мелового периода растения и животные оказались в совершенно новом мире. На каждом континенте начали формироваться уникальные сообщества форм жизни.
Кайнозойскую эру делят на три периода: палеоген, неоген и четвертичный.
1. Палеогеновый период
закончился приблизительно 23 млн. лет назад. В это время на Земле царил тропический климат, Европа скрывалась под вечнозелеными тропическими лесами, лишь на севере континентов росли листопадные деревья. Именно в период палеогена происходит бурное развитие млекопитающих.
2. Неогеновый период
охватывает следующие 20 млн. лет развития планеты. Появляются киты и рукокрылые. И, хотя по земле еще бродят саблезубые тигры и мастодонты, фауна все больше приобретает современные черты.
3. Четвертичный период
начался более 2,5 млн. лет назад и продолжается до сих пор. Два важнейших события характеризуют этот временной отрезок: ледниковый период и появление человека. Ледниковая эпоха полностью завершила формирование климата, флоры и фауны континентов. А появление человека ознаменовало начало цивилизации.
По мнению геохимиков США, столкновение Земли с небесным телом Тейя, которое предположительно произошло около 4.5 миллиардов лет назад, если и имело место быть, не внесло больших изменений в структуру недр. По крайней мере, в раскаленный шар наша планета точно не превращалась.
Современная гипотеза происхождения Земли до сих пор является предметом жарких кабинетных споров, однако большинство ученых сходятся в том, что началось все из протопланетного облака из космической пыли и газа. Одни ученые были уверены, что оно было холодным, другие — что, наоборот, раскаленным, поскольку оно было выдернуто из молодого Солнца гравитацией массивной звезды, проходившей в то время неподалеку. Последняя версия сегодня стремительно теряет своих поклонников, поскольку астрофизиками было доказано, что подобная трактовка событий крайне маловероятна. Поэтому сегодня главенствует гипотеза о холодном протопланетном облаке.
Приблизительно 4.54 миллиарда лет назад из этого протопланетного облака и начала формироваться Земля. Сам процесс происходил, вероятно, следующим образом: поскольку в этом облаке «легкие» и «тяжелые» элементы еще не были сильно перемешаны, то в результате действия силы тяжести вторые (железо и другие родственные металлы) начали опускаться к будущему центру планеты, выдавливая на поверхность более «легкие» элементы. Этот процесс ученые назвали гравитационной дифференциацией.
Таким образом, железо накапливалось в центре облака, формируя будущее ядро. Но во время опускания потенциальная энергия слоя «тяжелых» элементов начала уменьшаться, соответственно стала увеличиваться кинетическая энергия, то есть происходил нагрев. Считается, что это тепло разогрело нашу планету до 1200 градусов по Цельсию (местами — и до 1600 градусов).
Однако воздействие самого совершенного в природе холодильника - космоса, привело к тому, что поверхность облака из «легких» элементов начала быстро остывать, превращаясь из расплава в твердое вещество. Именно так формировалась земная кора. А та область, где гравитационная дифференциация продолжилась (по расчетам некоторых геофизиков, этот процесс будет продолжаться еще около полутора миллиарда лет), и высокая температура сохранилась, стала современной мантией.
Примерно 4.5 миллиарда лет назад твердой часть Земли полностью сформировалась (хотя атмосфера и гидросфера появились несколько позже). И именно в то время, согласно данным последних исследований, произошла катастрофа, результатом которой было появление спутника и возврат в неструктурированное состояние. По мнению многих ученых, скорее всего, произошло столкновение с неким массивным небесным телом (получившим название планета Тейя).
При этом отдельные геофизики уверены, что столкновение было столь внушительным, что верхняя часть Земли опять расплавилась. То есть какое-то время планета была шаром из расплавленного однородного вещества, после чего за несколько десятков миллионов лет опять обзавелась твердой поверхностью.
И все же некоторые ученые выразили сомнение в том, что последствия этого столкновения были настолько весомыми. Они уверены, что даже столкновение с небесным телом не могло кардинально изменить сложившуюся структуру нашей планеты. Совсем недавно эта версия получила доказательства своей правдоподобности. А представили эти доказательства камни, обнаруженные возле Костомукши.
Форма, размеры и строение земного шара
Земля имеет сложную конфигурацию. Ее форма не соответствует ни одной из правильных геометрических фигур. Говоря о форме земного шара, считают, что фигура Земли ограничивается воображаемой поверхностью, совпадающей с поверхностью воды в Мировом океане, условно продолженной под материками таким образом, чтобы отвесная линия в любой точке земного шара была перпендикуляром к этой поверхности. Такую форму называют геоидом, т.е. формой, свойственной только Земле.
Изучение формы Земли имеет довольно длинную историю. Первые предположения о шарообразной форме Земли принадлежат древнегреческому ученому Пифагору (571-497 гг. до н.э.). Однако научные доказательства шарообразности планеты были приведены Аристотелем (384-322 гг. до н.э.),первым объяснившим природу лунных затмений как тень Земли.
В 18 веке И.Ньютон (1643-1727 гг.) рассчитал, что вращение Земли обуславливает отклонение ее формы от точного шара и придает ей некоторцю сплюстнутость у полюсов. Причиной этого является центробежная сила.
Определение размеров Земли тоже издавна занимало умы человечества. Впервые размеры планеты рассчитал александрийский ученый Эратосфен Киренский (около 276-194 гг. до н.э.): по его данным радиус Земли составляет около 6290 км. В 1024-1039 гг. н.э. Абу Рейхан Бируни вычислил радиус Земли, оказавшийся равным 6340 км.
Впервые точное вычисление формы и размеров геоида было произведено в 1940 году А.А.Изотовым. Рассчитанная им фигура названа в честь известного русского геодезиста Ф.Н.Красовского эллипсоидом Красовского. Эти вычисления показали, что фигура Земли представляет собой трехосный эллипсоид и отличается от эллипсоида вращения.
По данным измерений, Земля - сплюснутый с полюсов шар. Экваториальный радиус (большая полуось эллипслида - а) равен 6378 км 245 м, полярный радиус (малая полуось - б) составляет 6356 км 863 м. Разница между экваториальным и полярным радиусами равна 21 км 382 м. Сжатие Земли (отношение разности между а и б к а) составляет (а-б)/а=1/298,3. В тех случаях, когда не требуется большая точность, средний радиус Земли принимают равным 6371 км.
Современные измерения показывают, что поверхность геоида несколько превышает 510 млн.км, а объем Земли составляет примерно 1,083 млрд. км. Определение других характеристик Земли - массы и плотности - производится на основании фундаментальных законов физики.Так масса Земли равна 5,98*10 т.Значение средней плотности оказалось равным 5,517 г/см.
Общее строение Земли
К настоящему времени по сейсмологическим данным в Земле выделяют около десяти границ раздела, свидетельствующих о концентрическом характере ее внутреннего строения. Основными из этих границ являются: поверхность Мохоровичича на глубинах 30-70 км на континентах и на глубинах 5-10 км под дном океана; поверхность Вихерта - Гутенберга на глубине 2900 км. Эти основные границы делят нашу планету на три концентрические оболочки - геосферы:
Земную кору - внешнюю оболочку Земли, расположенную над поверхностью Мохоровичича;
Мантию Земли - промежуточную оболочку, ограниченную поверностями Мохоровичича и Вихерта - Гутенберга;
Ядро Земли - центральное тело нашей планеты, расположеное глубже поверхности Вихерта - Гутенберга.
Кроме основных границ выделяют ряд второстепенных поверхностей внутри геосфер.
Земная кора. Эта геосфера составляет небольшую долю от общей массы Земли.По мощности и составу выделяют три типа земной коры:
Континентальная кора характеризуется максимальной мощностью, достигающей 70 км. Она состомт из магматических, метаморфических и осадочных горных пород, которые образуют три слоя. Мощность верхнего слоя (осадочные) обычно не превышает 10-15 км. Ниже залегает гранитно-гнейсовый слой мощностью 10-20 км. В нижней части коры залегает бальзатовый слой мощностью до 40 км.
Океаническая кора характеризуется небольшой мощностью - снижающейся до 10-15 км. Она так же состоит из 3 слоев. Верхний, осадочный, не превышает нескольких сот метров. Второй, бальзатовый, общей мощностью 1,5-2 км. Нижний слой океанической коры достигает мощности 3-5 км. В составе данного типа земной коры отсутствует гранитно-гнейсовый слой.
Кора переходных областей обычно характерна для периферии крупных континентов, где развиты окраинные моря, имеются архипелаги островов. Здесь происходит замена континентальной коры на океаническую и, естественно, по строению, мощности и плотности пород кора переходных областей занимает промежуточное место между указаными выше двумя типами кор.
Мантия Земли. Эта геосфера является самым крупным элементом Земли - она занимает 83% ее объема и составляет около 66% ее массы. В составе мантии выделяют ряд границ раздела, основными из которых являются поверхности, залегающие на глубинах 410, 950 и 2700 км. По значениям физических параметров эта геосфера делится на две субоболочки:
Верхняя мантия (от поверхности Мохоровичича до глубины 950 км).
Нижняя мантия (от глубины 950 км до поверхности Вихерта - Гутенберга).
Верхняя мантия в свою очередь подразделяется на слои. Верхний, залегающий от поверхности Мохоровичича до глубины 410 км, называется слоем Гутенберга. Внутри этого слоя выделяют жесткий слой и астеносферу. Земная кора вместе с твердой частью слоя Гутенберга образует единый жесткий слой, лежащий на астеносфере, который называется литосферой.
Ниже слоя Гутенберга залегает слой Голицина. Который иногда называют средней мантией.
Нижняя мантия имеет значительную мощность, почти 2 тыс км, и состоит из двух слоев.
Ядро Земли. Центральная геосфра Земли занимает около17% ее объема и составляет 34% е массы. В разрезе ядра выделяют две границы - на глубинах 4980 и 5120 км. В связи с чем оно подразделяется на три элемента:
Внешнее ядро - от поверхности Вихерта - Гутенберга до 4980 км. Это вещество, находящееся высоких давлений и температур, не является жидкостью в обычном понимании. Но обладает некоторыми ее свойствами.
Переходная оболочка - в интерваде 4980-5120 км.
Субъядро - ниже 5120 км. Возможно, находится в твердом состоянии.
Химический состав Земли схож с составом других планет земной группы <#"justify">·литосфера (кора и самая верхняя часть мантии)
·гидросфера (жидкая оболочка)
·атмосфера (газовая оболочка)
Водой покрыто около 71% поверхности Земли, средняя её глубина примерно 4 км.
Атмосфера Земли: более чем на 3/4 - азот (N2); примерно на 1/5 - кислород (О2). Облака, состоящие из мельчайших капелек воды, закрывают примерно 50% поверхности планеты. Атмосферу нашей планеты, как и её недра, можно разделить на несколько слоёв. ·Самый нижний и плотный слой называется тропосферой. Здесь находятся облака.
·Метеоры зажигаются в мезосфере.
·Полярные сияния и множество орбит искусственных спутников - обитатели термосферы. Там же парят призрачные серебристые облака.
Гипотезы происхождения Земли. Первые космогонитические гипотезы
Научный подход к вопросу о происхождении Земли и Солнечной системы стал возможен после укрепления в науке мысли о материальном единстве во Вселенной. Возникает наука о происхождении и развитии небесных тел - космогония. Первые попытки дать научное обоснование вопросу о происхождении и развитии Солнечной системы были сделаны 200 лет назад. Все гипотезы о происхождении Земли можно разбить на две основные группы: небулярные (лат. «небула» - туман, газ) и катастрофические. В основе первой группы лежит принцип образования планет из газа, из пылевых туманностей. В основе второй группы - различные катастрофические явления (столкновение небесных тел, близкое прохождение друг от друга звезд и т.д.). Одна из первых гипотез была высказана в 1745 году французским естествоиспытателем Ж.Бюффоном. Согласно этой гипотезе, наша планета образовалась в результате остывания одного из сгустков солнечного вещества, выброшенного Солнцем при катастрофическом столкновении его с крупной кометой. Мысль Ж.Бюффона об образовании Земли (и других планет) из плазмы была использована в целой серии более поздних и более совершенных гипотез «горячего» происхождения нашей планеты.
Небулярные теории. Гипотеза Канта и Лапласа
Среди них, безусловно, ведущее место занимает гипотеза, разработанная немецким философом И.Кантом (1755). Независимо от него другой ученый - француский математик и астроном П. Лаплас - пришел к тем же выводам, но разработал гипотезу более глубоко (1797). Обе гипотезы сходны между собой по существу и часто рассматриваются как одна, а авторов ее считают основоположниками научной космогонии. Гипотеза Канта - Лапласа относится к группе небулярных гипотез. Согласно их концепции, на месте Солнечной системы располагалась ранее огромная газо-пылевая туманность (пылевая туманность из твердых частиц, по мнению И. Канта; газовая - по предположению П.Лапласа). Туманность была раскаленной и вращалась. Под действием законов тяготения материя ее постепенно уплотнялась, сплющивалась, образуя в центре ядро. Так образовалось первичное солнце. Дальнейшее охлаждение и уплотнение туманности привелок увеличению угловой скорости вращения, вследствие чего на экваторе произошло отделение наружной части туманности от основной массы в виде колец, вращающихся в экваториальной плоскости: их образовалось несколько. В качестве примера Лаплас приводил кольца Сатурна. Неравномерно охлаждаясь, кольца разрывались, и вследствие притяжения между частицами происходило образование планет, обращающихся вокруг Слнца. Остывающие планеты покрывались твердой коркой, на поверхности которой стали развиваться геологические процессы. И.Кант и П.Лаплас верно подметили основные и характерные черты строения Солнечной системы: ) подавляющая часть массы (99,86%) системы сосредоточена в Солнце; ) планеты обращаются почти по круговым орбитам и почти в одной и той же плоскости; ) все планеты и почти все их спутники вращаются в одну и ту же сторону, все планеты вращаются вокруг своей оси в ту же сторону. Значительной заслугой И.Канта и П. Лапласа явилось создание гипотезы, в основу которой была положена идея развития материи. Оба ученых считали, что туманность обладала вращательным движением, вследствие чего произошло уплотнение частиц и образование планет и Солнца. Они полагали, что движение неотделимо от материи и так же вечно,как и сама материя. Гипотеза Канта-Лапласа существовала в течене почти двух сотен лет. Впоследствии была доказана ее несостоятельность. Так, стало известно, что спутники некоторых планет, например Урана и Юпитера, вращаются в ином направлении, чем сами планеты. По данным современной физики, газ, отделившийся от центрального тела, должен рассеятьсяи не может сформироваться в газовые кольца, а позднее - в планеты. Другими существенными недостатками гипотезы Канта и Лапласа являются следующие: Известно, что момент количества движения во вращающемся теле всегда остается постоянным и распределяется равномерно по всему телу пропорционально массе, расстоянию и угловой скорости соответствующей части тела. Этот закон распространяется и на туманность, из которой сформировались Солнце и планеты. В Солнечной системе количество движения не соответствует закону распределения количества движения в массе, возникшей из одного тела. В планета Солнечной системы сосредоточено 98% момента количества движения системы, а Солнце имеет только 2%, в то время как на долю Солнца приходится 99,86% всей массы Солнечной системы. Если сложить моменты вращения Солнца и других планет, то при расчетах окажется, что первичное Солнце вращалось с той же скоростью, с какой сейчас вращается Юпитер. В связи с этим Солнце должно было обладать тем же сжатием, что и Юпитер. А этого, как показывают расчеты, недостаточно, чтобы вызвать дробление вращающегося Солнца, которое, как считали Кант и Лаплас, распалось вследствие избытка вращения. В настоящее время доказано, что звезда, обладающая избытком вращения, распадается на части, а не образует семейство планет. Примером могут служить спектрально-двойные и кратные системы. Катастрофические теории. Гипотеза Джинса земля космогонический концентрический происхождение После гипотезы Канта-Лапласа в космогонии было создано еще несколько гипотез образования Солнечной системы. Появляются так называемые катострофические, в основе которых лежит элемент случайности, элемент счастливого стечения обстоятельств: В отличии от Канта и Лапласа, которые «позаимствовали» у Ж.Бюффона лишь идею «горячего» возникновения Земли, последователи этого течения развивали еще и саму гипотезу катасттрофизма. Бюффон полагал, Земля и планеты образовались за счет столкновения Солнца с кометой; Чемберлен и Мультон - образование планет связано с приливным воздействием проходящей мимо Солнца другой звезды. В качестве примера гипотезы катострофического направления рассмотрим концепцию английского астронома Джинса (1919г.). В основу его гипотезы положена возможность прохождения вблизи Солнца другой звезды. Под действием ее притяжения из Солнца вырвалась струя газа, которая при дальнейшей эволюции превратилась в планеты Солнечной системы. Газовая струя по своей форме напоминала сигару. В центральной части этого вращающегося вокруг Солнца тела образовались крупные планеты - Юпитер и Сатурн, а в концах «сигары» - планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плутон. Джинс полагал, что прохождение звезды мимо Солнца, обусловившее образование планет Солнечной системы, позволяет объяснить несоответствие в распределении массы и момента количества движения в Солнечной системе. Звезда, вырвавшая газовую струю из Солнца, придала вращающейся «сигаре» избыток момента количества движения. Таким образом устранялся один из основных недостатков гипотезы Канта-Лапласа. В 1943 г. русский астроном Н.И.Парийский вычислил, что при большой скорости звезды, проходившей мимо Солнца, газовый протуберанец должен был уйти вместе со звездой. При малой скорости звезды газовая струя должна была упасть на Солнце. Только в случае строго определенной скорости звезды газовый протуберанец мог бы стать спутником Солнца. В этом случае его орбита должна быть в 7 раз меньше орбиты самой близкой к Солнцу планеты - Меркурия. Таким образом, гипотеза Джинса, так же как и гипотеза Канта-Лапласа, не смогла дать верного объяснения непропорциональному распределению момента количества движения в Солнечной системе Кроме того, расчеты показали, что сближение звезд в мировом пространстве практически исключено, и даже если бы это произошло, проходящая звезда не могла бы придать планетам движение по круговым орбитам.
Современные гипотезы
Принципиально новая идея заложена в гипотезах «холодного» происхождения Земли. Наиболее глубоко разработана метеоритная гипотеза, предложенная советским ученым О.Ю.Шмидтом в 1944 году. Из других гипотез «холодного» происхождения следует назвать гипотезы К.Вейцзекера (1944 г.) и Дж.Койпера (1951г.), во многом близкие к теории О.Ю.Шмидта, Ф. Фойл (Англия), А. Камерон (США) и Э. Шацман (Франция). Наиболее популярными являются гипотезы о происхождении Солнечной системы, созданные О.Ю. Шмидтом и В.Г.Фесенковым. Оба ученых при разработке своих гипотез исходили из представлений о единстве материи во Вселенной, о непрерывном движении и эволюции материи, являющихся ее основными свойствами, о разнообразии мира, обусловленного различными формами существования материи. Гипотеза О.Ю. Шмидта
Согласно концепции О.Ю.Шмидта, Солнечная система образовалась из скопления межзвездной материи, захваченной Солнцем в процессе движения в мировом пространстве. Солнце движется вокруг центра Галактики, совершая полный оборот за 180 млн.лет. Среди звезд Галактики имеются большие скопления газово-пылевых туманностей.Исходя из этого, О.Ю.Шмидт полагал, что Солнце при движении вступило в одно из таких облаков и захватило его с собой. Вращение облака в сильном гравитационном поле Солнца привело к сложному перераспределению метеоритных частиц по массе, плотности и размерам, в результате чего часть метеоритов, центробежная сила которых оказалась слабее силы тяготения, была поглощена Солнце. Шмидт полагал, что первоначальное облако межзвездной материи обладало некоторым вращением, в противном случае его частицы выпали бы на Солнце. Облако превращалось в плоский уплотненный вращающийся диск, в котором вследствие увеличения взаимного притяжения частиц происходило сгущение. Образовавшиеся сгущения-тела росли за счет присоединяющихся к ним мелких частиц, как снежный ком. В процессе обращения облака, при сталкивании частиц началось их слипание, образование более крупных по массе агрегатов и присоединение к ним - аккреция более мелких частиц, попадающих в сферу их гравитационного влияния. Таким путем образовались планеты и обращающиеся вокруг них спутники. Планеты стали вращаться по круговым орбитам вследствие усреднения орбит малых частиц. Земля, по мнению О.Ю.Шмидта, также образовалась из роя холодных твердых частиц. Постепенное разогревание недр Земли произошло за счет энергетики радиоактивного распада, что привело к выделению воды и газа, входивших в небольших количествах в состав твердых частиц. В результате возникли океаны и атмосфера, обусловившие появление жизни на Земле. О.Ю.Шмидт, а позднее его ученики дали серьезное физико-математическое обоснование метеоритной модели формирования планет Солнечной системы. Современная метеоритная гипотеза объясняет не только особенности движения планет(форму орбит, разные направления вращения и др.), но и фактически наблюдаемое распределение их по массе и плотности, а также соотношение планетарных моментов количества движения с солнечным. Ученый считал, что имеющиеся несоответствия в распределении моментов количества движения Солнца и планет объясняются разными первоначальными моментами количества движения Солнца и газово-пылевой туманности. Шмидт расчитал и математически обосновал расстояния планет от Солнца и между собойи выяснил причины образования крупных и мелких планет в разных частях Солнечной системы и разницу в их составе. Посредством расчетов обоснованы причины вращательного движения планет в одну сторону. Недостатком гипотезы является рассмотрение вопроса о происхождении планет изолированно от образования Солнца - определяющего члена системы. Концепция не лишена элемента случайности: захвата Солнцем межзвездной материи. Действительно, возможность захвата Солнцем лостаточно крупного метеоритного облака очень мала. Более того, по рассчетам, такой захват возможен только при гравитационном содействии дркгой, близко находящейся звезды. Вероятность сочетания таких условий настолько незначительна, что это делает возможность захвата Солнцем межзвездного вещества событием исключительным.
Гипотеза В.Г. Фесенкова
Работы астронома В.А.Амбарцумяна, доказавшего непрерывность образования звезд в результате конденсации вещества из разряженных газово-пылевых туманностей, позволили академику В.Г.Фесенкову выдвинуть новую гипотезу (1960 г.),связывающюю происхождение Солнечной системы с общими закономерностями формирования материи в космическом пространстве. Фесенков полагал, что процесс образования планет широко распространен во Вселенной, где имеется много планетных систем. По его мнению, формирование планет связано с образованием новых звезд, возникающих в результате сгущения первоначально разреженного вещества в пределах одной из гигантских туманностей («глобул»). Эти туманности представляли собой весьма разреженную материю (плотностью порядка 10 г/см) и состояли из водорода, гелия и небольшого количества тяжелых металлов. Сначала в ядре «глобулы» сформировалось Солнце, которое было более горячей, массивной и быстро вращающейся звездой, чем в настоящее время. Эволюция Солнца сопровождалась неоднократными выбросами материи в протопланетное облако, в результате чегооно потеряло часть массы и передалообразующимся планетам значительную долю своего момента количества движения. Расчеты показывают, что при нестационарных выбросах материи из недр Солнца могло сложиться фактически наблюдаемое соотношение моментов количества движения Солнца и протопланетного облака(а следовательно и планет).Одновременное образование Солнца и планет доказывается одинаковым возрастом Земли и Солнца. В результате уплотнения газово-пылевого облака сформировалось звездообразное сгущение. Под влиянием быстрого вращения туманности значительная часть газово-пылевой материи все больше удалялась от центра туманности по плоскости экватора, образуя нечто вроде диска. Постепенно уплотнение газово-пылевой туманности обусловило формирование планетных сгущений, образовавших впоследствии современные планеты Солнечной системы. В отличие от Шмидта Фесенков полагает, что газово-пылевая туманность находилась в раскаленном состоянии. Большой его заслугой является обоснование закона планетных расстояний в зависимости от плотности среды. В.Г.Фесенков математически обосновал причины устойчивости момента количества движенияв Солнечной системе потерей вещества Солнца при выборе материи, вследствие чего произошло замедление его вращения. В.Г.Фесенков приводит также доводы в пользу обратного движения некоторых спутников Юпитера и Сатурна, объясняя это захватом планетами астероидов. Большую роль Фесенков придавал процессам радиоактивного распада изотопов К, U, Th и других, содержание которых тогда было значительно выше. К настоящему времени теоритически рассчитан ряд вариантов радитогенного разогрева недр, наиболее детальный из которых предложен Е.А.Любимовой (1958г.). В соответствии с этими расчетами через один миллиард лет температура недр Земли на глубине нескольких сот километров достиглатемпературы плавления железа. К этому времени, по-видимому, относится начало образования ядра Земли, представленного опустившимися к ее центру металлами - железом и никелем. Позже, при дальнейшем повышении температуры, из мантии началось выплавление наиболее легкоплавких силикатов, которые в следствии небольшой плотности поднимались вверх. Этот процесс, теоритически и экспериментально изученный А.П.Виноградовым, объясняет образование земной коры. Также нужно отметить две гипотезы, развившиеся к концу 20 века. Они рассматривали развитие Земли, не затрагивая развитие Солнечной системы в целом. Земля была целиком расплавлена и в процессе истощения внутренних тепловых ресурсов (радилактивных элементов) постепенно стала остывать. В верхней части образовалась твердая корка. И при уменьшении объема остывшей планеты эта корка ломалась, и формировались складки и другие формы рельефа. Полного плавления вещества на Земле не было. В относительно рыхлой протопланете формировались локальные очаги плавления (этот термин ввел академик Виноградов) на глубине около 100 км. Постепенно количество радиоактивных элементов уменьшалось, и температура ЛОП снижалась. Из магмы кристализовывались и выпадали на дно первые высокотемпературные минералы. Химический состав этих минералов отличался от состава магмы. Из магмы извлекались тяжелые элементы. И остаточный расплав относительно обогащался легкими. После 1 фазы и дальнейшего понижения температуры из раствора кристализовывалась следующая фаза минералов, также содержащая больше тяжелых элементов. Так происходило постепенное остывание и кристализация ЛОПов. Из первоначального ультраосновного состава магмы образовалась магма основного бальзатового состава. В верхней части ЛОПа образовывалась флюидная шапка (газово-жидкая). Бальзатовая магма обладала подвижностью и текучестью. Она прорвалась из ЛОПов и излилась на поверхность планеты, сформировав первую жесткую базальтовую корку. Флюидная шапка также прорвалась на поверхность и, смешавшись с остатками превичных газов, сформировала первую атмосферу планеты. В составе первичной атмосферы были окислы азота. Н, Не, инертные газы, СО, СО, НS, HCl, HF, CH, пары воды. Свободного кислорода почти не было. Температура поверхности Земли была около 100 С, жидкой фазы не было. Внутренность довольно рыхлой протопланеты имела температуру близкую к температуре плавления. В этих условиях интенсивно протекалм процессы тепломассопереноса внутри Земли. Они происходили ввиде тепловых конвекционных потоков (ТКП). Особенно важны ТКП, возникающие в поверхностных слоях. Там развивались ячеистые тепловые структуры, которые временами перестраивались в одноячеистую структуру. Восходящие ТКП передавали импульс движения на поверхность планеты (бальзатовая корка), и на ней создавалась зона растяжения. В результате растяжения в зоне подъема ТКП образуется мощный протяженный разлом длиной от 100 до 1000 км. Их назвали рифтовые разломы. Температура поверхности планеты и ее атмосфера остывает ниже 100 С. Из первичной атмосферы конденсируется вода и формируется первичная гидросфера. Ландшафт Земли представляет собой мелководный океан с глубиной до 10 м, с отдельными вулканическими псевдоостровами, обнажающимися во время отливов. Постоянной суши не было. При дальнейшем понижении температуры ЛОП полностью раскристализовывались и превращались в жесткие кристаллические ядра в недрах довольно рыхлой планеты. Поверхностный покров планеиы подвергался разрушению со стороны агрессивных атмо- и гидросферы. В результате всех этих процессов происходило образование магматических, осадочных и метаморфических пород. Таким образом, гипотезы о происхождении нашей планеты объясняют современные данные о ее строении и положении в Солнечной системе. И освоение космоса, запуски спутников и космических ракет дают много новых фактов для практической проверки гипотез и дальнейшего совершенствования.
Литература
1. Вопросы космогонии, М., 1952-64 2. Шмидт О. Ю., Четыре лекции о теории происхождения Земли, 3 изд., М., 1957; Левин Б. Ю. Происхождение Земли. «Изв. АН СССР Физика Земли», 1972, № 7; Сафронов В. С., Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет, М., 1969; . Каплан С. А., Физика звезд, 2 изд., М., 1970; Проблемы современной космогонии, под ред. В. А. Амбарцумяна, 2 изд., М., 1972. Аркадий Леокум, Москва, «Джулия», 1992 г.
История планеты Земля, как и человеческая жизнь, наполнена различными важными событиями и этапами развития, произошедшими с момента ее рождения. До того как появилась планета Земля и все остальные небесные тела: планеты и звезды в космосе летали облака пыли. Голубая планета, также как и остальные объекты солнечной системы, включая Солнце, как предполагают ученые, сформировалась при уплотнении облака межзвездной пыли.
Земля была сформирована где-то через 10 млн. лет после того, как начала уплотняться межзвездная пыль. Выделяемое тепло сформировало небесное тело из расплавленного вещества. После того как появилась планета Земля. Дифференциация слоев составляющих ее привела к появлению внутреннего ядра из обернутых мантией тяжелых элементов, скопление на поверхности легких элементов стало причиной образования прото-коры. В это же время, появилась и Луна, возможно, из-за сильного столкновения между Землей и огромным астероидом.
Со временем планета охлаждалась, на ней появилась затвердевшая оболочка - кора, и впоследствии первые материки. С того момента как появилась планета Земля, она постоянно подвергалась бомбардировке метеоритами и ледяными кометами, в итоге на поверхности скопилось достаточно воды, для образования морей и океанов. Благодаря сильной вулканической активности и пару появилась атмосфера, в которой практически отсутствовал кислород. За всю историю планеты Земля материки непрестанно плавали на расплавленной мантии, то соединяясь то, разъединяясь, это повторялось множество раз на протяжении 4,5 млрд. лет.
Сложные химические реакции стали причиной появления органических молекул, взаимодействующих между собой, появлялись все более сложные молекулярные структуры. В итоге это привело к появлению молекул, способных к самокопированию. Это были первые шаги Жизни на Земле. Живые организмы развивались, появились бактерии, затем многоклеточные организмы. В процессе жизнедеятельности этих организмов изменился состав атмосферы. Появился кислород, что привело к развитию защитного слоя озона.
Жизнь развилась в многочисленных формах, количество видов на Земле поражает своим разнообразием. Изменение условий среды за всю историю планеты привело к возникновению новых видов, многие из которых вымерли впоследствии, другие смогли приспособиться к новой среде и создали современную биосферу.
Около 6 млн. лет назад, после миллиардов лет после того как появилась Земля, ветвь эволюционной дифференциации приматов привела к появлению людей. Возможность передвигаться на задних лапах, сильное увеличение размеров мозга и развитие речи являлись главными факторами. Сначала человек научился добывать огонь, затем добился успехов в развитии сельского хозяйства. Это привело к улучшению жизни, что привело к формированию общин и после цивилизаций, с разными культурными и религиозными признаками. Благодаря своим достижениям в разных сферах: науке, политике, письме, транспорте и коммуникациях, люди стали преобладающим видом на Земле. Уже не Земля формирует жизненные формы, человек меняет окружающую среду в процессе жизнедеятельности. Впервые история планеты Земля, твориться силами существ которые на ней обитают, и именно Мы вынуждены решать глобальные вопросы климата и другого окружения для сохранения нашей среды обитания.
Особое место в Солнечной системе занимает Земля - единственная планета, на которой в течение миллиардов лет развиваются различные формы жизни.
Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем. Когда в культуре господствовали мифологические представления, происхождение мира объяснялось, как, скажем, в «Ведах» распадом первочеловека Пуруши. То, что это была общая мифологическая схема, подтверждается и русскими апокрифами, например, «Голубиной книгой». Победа христианства утвердила религиозные представления о сотворении Богом мира из ничего.
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.
2. Происхождение Земли.
Мы живем во Вселенной, а наша планета Земля является ее 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.
Значение термина Вселенная в естествознании более узкое и приобрело специфически научное звучание. Вселенная – место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению и проверяемое современными научными методами. Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, то есть наукой о космосе. Слово это не случайно. Хотя сейчас космосом называют все находящееся за пределами атмосферы Земли, не так было в Древней Греции, где космос принимался как «порядок», «гармония», в противоположность «хаосу» - «беспорядку». Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.
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 нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности:
1) принципом относительности, гласящим, что во всех инерциональных 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.
Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Обнаруженный ранее эффект Доплера гласил, что при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», то есть линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн.
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 Мегагалактики – видимой части Вселенной.
Красное смещение надежно подтверждает теоретический вывод о нестационарности 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 около 15-20 млрд. лет назад. Представление о Большом Взрыве является составной частью модели расширяющейся Вселенной.
Все вещество Вселенной в начальном состоянии находилось в сингулярной точке: бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц. Затем последовал взрыв. «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы», - писал в своей работе С. Вейнберг.
Что же было после Большого взрыва? Образовался сгусток плазмы – состояния, в котором находятся элементарные частицы – нечто среднее между твердым и жидким состоянием, который и начал расширяться все больше и больше под действием взрывной волны. Через 0,01 сек 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:
1. Французский ученый Жорж Бюффон (1707-1788) предположил, что земной шар возник в результате катастрофы. В очень отдаленное время какое-то небесное тело (Бюффон считал, что это была комета) столкнулось с Солнцем. При столкновении возникло множество «брызг». Наиболее крупные из них, постепенно остывая, дали начало планетам.
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 остывая7ш5о 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.
Сегодня учёные предпологают, что
3. Развитие Земли.
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:
1) посредством скачков («теория катастроф» Жоржа Кювье);
2) посредством небольших, но постоянных изменений в одном и том же направлении на протяжении миллионов лет, которые, суммируясь, приводили к огромным результатам («принцип униформизма» Чарльза Лайелля).
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 ее химико-физической эволюции.
На этот счет существуют две, наиболее распространенные 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 железо-никелевое 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 твердого 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.
Вторая фаза, ознаменовавшаяся завершением роста, длилась тоже около 200 млн. лет. Наконец, третья фаза, продолжительностью до 400 млн. лет (3,8-3,9 млрд. лет окончание) сопровождалась мощнейшей метеоритной бомбардировкой, такой же, как и на Луне. Вопрос о температуре первичной Земли имеет для геологов принципиальное значение. Даже в начале ХХ века ученые говорили о первичной «огненно-жидкой» Земле. Однако этот взгляд полностью противоречил современной геологической жизни планеты. Если бы Земля изначально была расплавленной, она давно бы превратилась в мертвую планету.
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, все-таки, температура превышала точку плавления вещества, то наступала дифференциация – более тяжелые 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 твердые 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 ОС. Но давление на больших глубинах препятствовало плавлению, особенно во внутреннем ядре. Процесс внутренней дифференциации нашей планеты происходил всю ее 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 твердое 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.
В 1915 году немецкий геофизик А. Вегенер предположил, исходя из очертаний континентов, что в карбоне (геологический период) существовал единый массив суши, названный им Пангеей (греч. «вся земля»). Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану. 135 млн. лет назад Африка отделилась от Южной Америки, а 85 млн. лет назад Северная Америка – от Европы; 40 млн. лет назад Индийский материк столкнулся с Азией и появились Тибет и Гималаи.
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.
4. Глобальная тектоника.
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 глубинности 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.
В основе глобальной тектоники лежит представление о литосферных плитах, фрагментах земной поверхности, рассматриваемых, как абсолютно жесткие тела, перемещающиеся словно по воздушной подушке по слою разуплотненной мантии - астеносфере, со скоростью от 1-2 до 10-12 см в год. В большинстве своем они включают как континентальные массы с корой, условно называемой «гранитной», так и участки с корой океанической, условно называемой «базальтовой» и образованной породами с низким содержанием кремнезема.
Учёным совершенно не ясно, куда движутся материки и некоторые из них не согласны с тем, что движится 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 твердыми 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 жерлов вулканов в виде лавы и распространяется на большой площади. Застывая, лава превращается в твердую горную породу.
В одних случаях рождение горных пород сопровождается грандиозными катаклизмами, в других проходит тихо и незаметно. Существует множество разновидностей магмы, и из них образуются различные типы горных пород. К примеру, базальтовая магма очень текуча, легко выходит на поверхность, растекается широкими потоками и быстро застывает. Иногда она вырывается из жерла вулкана ярким "огненным фонтаном" - такое происходит, когда земная кора не выдерживает ее давления.
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. Растворенные в пей 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.
6. Список использованной литературы
1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 1997.
2. Лавриненко В. Н., Ратников В. П. – М.: Культура и спорт, 1997.
3. Найдыш В. М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. – М.: Гардарики, 1999.
4. Левитан Е. П. Астрономия: Учебник для 11 кл. общеобразовательной школы. – М.: Просвещение, 1994.
5. Сурдин В. Г. Динамика звездных систем. – М.: Изд-во Московского центра непрерывного образования, 2001.
6. Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. – М., 1990.
7. Карапенков С. Х. Концепции современного естествознания. – М.: Академический проспект, 2003.
Загрузка...
