Проблема происхождения Земли

 

Геология – комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли; в узком смысле слова - наука о составе, строении, движениях и истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых. Термин «геология» ввел в середине XYII в. норвежский ученый М.П. Эшпольт. Большинство прикладных и теоретических вопросов, решаемых геологией, связано с верхней частью земной коры, доступной непосредственному наблюдению.

Решить проблему происхождения Земли означает прежде всего найти ответы на следующие вопросы:

1. Когда возникла Земля?

2. Из чего возникла Земля?

3. Каким образом происходил процесс образования Земли?

Возраст Земли. В настоящее время методом ядерной космохронологии установлено, что возраст Земли составляет 4,5-5 млрд. лет.

Из чего возникла Земля? (первая гипотеза). Небулярные (от лат. nebula – туман) гипотезы, согласно которым планеты солнечной системы сформировались из газопылевого облака, из туманности. Начало им положили И. Кант и П. Лаплас, сегодня их идеи развивают Ф. Мультон, Т. Чемберлен, Дж. Койпер, Х. Альвен, Ф. Хойл, О. Шмидт, С. Всехсвятский и др.

Из чего возникла Земля? (вторая гипотеза). Согласно этой, мало известной гипотезе, Земля возникла не из газопылевого облака путем концентрации, а из огромного космического тела в результате его распада на отдельные части.

Основные идеи небулярной гипотезы

· Ни одна из теорий не может объяснить всех фактов, относящихся к планетам. В настоящее время можно считать достаточно точно установленными следующие два положения:

· 1) Планеты образовались приблизительно одновременно с Солнцем из материала того же газо-пылевого облака.

· 2) Образование планет происходило из холодной материи, и планеты никогда не проходили через стадию полного расплавления (хотя расплавление большей части вещества на ранних стадиях жизни некоторых планет вероятно).

Проблемы небулярной гипотезы

1. Почему протопланетное облако начало концентрироваться в звезду – Солнце?

2. Каков механизм этой концентрации?

3. Почему Уран и Венера вращаются в сторону, противоположную другим планетам и Солнцу, если все они образовались из одного вращающегося облака?

4. Почему протопланетное облако вообще должно вращаться?

5. Как получилось, что в протопланетном облаке Солнечной системы оказался полный набор химических элементов таблицы Менделеева?

 

Форма, состав и строение Земли

 

Форма Земли

В мифах древних народов утверждалось, что Земля – плоская.

В Древней Греции считали, что Земля имеет форму шара.

Ньютон полагал, что Земля – эллипсоид.

В настоящее время установлено, что Земля имеет более сложную форму – форму геоида и напоминает яблоко.

Строение Земли

Земля имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра.

Согласно современным представлениям, в центре Земли находится ядро, внутренняя часть которого представляет собой твердое тело, на 80% состоящее из железа и на 20% – из никеля. Внешняя часть ядра находится в жидком состоянии и содержит железо и жидкую смесь железа и серы. Температура внутреннего ядра составляет 4500 градусов по Цельсию, а внешней его части – 3200°. Именно такая разница температур должна существовать между ними, чтобы внутреннее ядро Земли оставалось твердым, а внешнее – жидким.

Мантия — это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно перидотитами — породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и др. Частичное плавление мантийных пород порождает базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъёме к поверхности земную кору.

Земная кора – это верхняя часть твёрдой земли. От мантии отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн. Бывает два типа коры – континентальная и океаническая. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30—50 км на континентах. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые постепенно мигрируют по поверхности за периоды во много миллионов лет.

Верхняя часть мантии вместе с земной корой образует литосферу – внешнюю сферу твердой части Земли.

Литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются в горизонтальном направлении по астеносфере – подстилающем литосферу слое пониженной твердости и вязкости в верхней мантии Земли.

Особенности земной коры складываются не только под воздействием внутренних слоев Земли, но и геологических факторов внешней среды. Геологические свойства земной коры непрерывно и постепенно изменяются под совокупным воздействием трех внешних ее сфер: атмосферы, гидросферы и биосферы.

Гидросфера – совокупность всех водных запасов Земли. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше – в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова, и в вечной мерзлоте, слагая криосферу.

Атмосфера – газовая оболочка, окружающая планету Земля. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата – климатология.

Самая нижняя часть атмосферы – тропосфера её верхняя граница находится на высоте 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

Стратосфера – находится на высоте 50–55 км над земной поверхностью.
Здесь стоит неизменно ясная погода, но часто дуют сильные ветры. В стратосфере существуют сезонные и климатические различия: есть своя зима и свое, высотное лето, есть свои умеренные широты и зоны экватора. Между тропосферой и стратосферой происходит постоянный обмен воздушными массами.

Ионосфера (или термосфера) – часть верхней атмосферы Земли, сильно ионизирующаяся вследствие облучения космическими лучами, идущими, в первую очередь, от Солнца. Ионосфера состоит преимущественно из заряженных частиц, обладающих способностью отражать короткие радиоволны, что позволяет осуществить дальнюю радиосвязь. В ионосфере дуют ураганные ветры.

Экзосфера – зона рассеяния, внешняя часть ионосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Биосфера — это совокупность частей земных оболочек (литосфера, гидросфера и атмосфера), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Атмосфера и гидросфера тесно взаимодействуют между собой, что наглядно подтверждается процессами круговорота воды и воздуха на планете. Одновременно с этим обе сферы оказывает заметное воздействие на литосферу, медленно, постепенно, но неуклонно меняя верхнюю часть земной коры.

Функции литосферы

· Ресурсная функция

· Геодинамическая функция

· Геофизическая функция

· Геохимическая функция

Ресурсная функция литосферы заключается в ее потенциальной способности обеспечения потребностей экосистем абиотическими ресурсами, в том числе и потребностей человека.

Геодинамическая функция литосферы проявляется в ходе различных геологических процессов (экзогенных – оползней, обвалов, селей, береговой абразии, подтопления и т.д. и эндогенных – землетрясений, вулканических извержений и т.д.), так или иначе влияющих на различные экосистемы, в том числе и человеческое общество.

Геофизическая функция литосферы – это влияние геофизических полей литосферы на состояние биосферы. Геофизические поля – естественные физические поля космического и земного происхождения, а также техногенные поля, действующие в пределах литосферы, преобразованные и распределенные ею.

Геохимическая функция литосферы в экологическом аспекте заключается в ее активном участии в процессах круговорота веществ в природе. Причем одинаково важен анализ обеих сторон круговорота – как вредных, так и полезных для экосистем веществ.

 

Рекомендуемая учебная литература

Бондарев В.П. Концепции современного естествознания. М., 2003. С. 125-128, 299-351.

Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2008. Главы 9 и 13.

Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. 4-е изд., перераб. и доп. М., 2008. Глава 7.

Концепции современного естествознания / Под ред. С.И. Самыгина. 4-е изд., перераб. и доп. Ростов н/Д., 2003. Раздел IY.

Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания: концепции и принципы. Ростов н/Д., 2006. Глава 7.

Свиридов В.В. Концепции современного естествознания. 2-е изд. СПб., 2005. С. 216-226.