КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Лекция 9. Геохронологические концепции естествознания
1.Планетная космогония.Возникновение Солнечной системы и Земли.
2. Современные концепции строения Земли и геодинамики.
3. Строение Земли.
4.Геодинамические процессы.
Планетная космогония. Как ни странно, происхождение Солнца и планет мы сегодня представляем себе менее подробно, чем происхождение Вселенной. Формирование Солнечной системы было сложным комплексом механических, тепловых, электромагнитных, оптических, ядерных, химических процессов, каждый из которых играл ключевую роль в свой черед. Учение об эволюции Солнца и планет солнечной системы прошло сложный путь формирования через разнообразные гипотезы: вихревую (Р.Декарта), приливную (Бюффона, 1745; Джинса 1916) и др.
Планеты не могли образоваться из вещества Солнца или других звезд: у них слишком разный химический и изотопный состав со звездами. Кроме того, звезды находятся в слишком хрупком равновесии: попытка быстро изъять из звезды сколько-нибудь значительное количество вещества приведет к ее быстрому расширению, препятствующему формированию планет или их зародышей. Поэтому теории, согласно которым планетная система образуется из газов, выброшенных Солнцем, проходящей звездой или сталкивающимися звездами, можно исключить из рассмотрения. Такой была, например, первая (1749 г.) космогоническая теория Ж. де Бюффона, который полагал, что Земля и планеты сформировались из куска солнечного вещества, вырванного из нашего светила скользящим ударом огромной кометы.
Более правдоподобными представляются небулярныемодели формирования Солнца и планет путем сжатия газовой или пылевой туманности (небулы). Первые такие модели были предложены в XVIII веке математиком и механиком П.С. Лапласом и философом И. Кантом, которые являются предшественниками современного подхода. Гипотеза И.Канта-П.Лапласа о происхождении Солнца и планет из единого холодного газово-пылевого облака получила развитие в трудах О.Ю.Шмидта, О.Хойла и др. и утвердилась в современной космогонии.
Лаплас начал с предположения о том, что некогда существовала горячая, медленно вращавшаяся газовая туманность. По мере остывания она сжималась. При этом скорость вращения туманности, в соответствии с законом сохранения момента импульса, возросла, и центробежные силы оторвали от нее ряд колец. Вещество колец под действием гравитационных сил собралось в компактные планеты, а из центральной части туманности сформировалось Солнце. Этот процесс, по мысли Лапласа, мог повторяться в меньших масштабах, приводя к образованию спутников планет и кольца Сатурна.
Кант, в отличие от Лапласа, полагал первичную туманность холодным облаком пыли. Его рассуждения отличались умозрительностью: он был философ, а не механик. Однако и Лаплас избегал подробных расчетов, может быть, потому, что понимал проблемы своей космогонии. К середине XIX века две довольно разные модели слились в представлении ученых в «небулярную гипотезу Канта–Лапласа».
| Сведения до Лапласа | Современные уточнения |
| Подавляющая часть массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце | Солнце содержит 99,87% полной массы Солнечной системы |
| Плоскости орбит всех планет и всех спутников почти совпадают друг с другом и с плоскостью солнечного экватора | Орбиты спутников лежат в плоскости экватора планеты-хозяина, и могут быть сильно наклонены к плоскости планетной орбиты |
| Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении — прямом, в котором. Солнце вращается вокруг собственной оси. | Не изменилось |
| Все спутники обращаются вокруг своих планет также в прямом направлении | Некоторые спутники обращаются в обратном направлении (Феба у Сатурна, Тритон у Нептуна и др.) |
| Планеты вращаются вокруг своих осей в прямом направлении | Две из девяти планет вращаются в обратном направлении (Венера и Уран); о вращении Плутона точных данных нет |
| Эллиптические орбиты большинства планет и спутников близки к окружностям | Не изменилось |
| Вокруг Сатурна имеется тонкое широкое кольцо, состоящее из ряда узких колец | Кольца имеются у всех планет гигантов |
| (Не обращалось внимания) | 99,5% вращательного движе- ния несут планеты, а не Солн- це |
В 40-х годах академик О.Ю.Шмидт выдвинул ставшую общепринятой гипотезу об образовании Земли и других планет из холодных твердых допланетных тел - планетезималей.
Планетезималь (от англ. planet - планета и infinitesimal - бесконечно малый) - тело, представляющее собой промежуточную ступень формирования планеты из протопланетного газово-пылевого облака. Допланетный рой представлял собой сложную систему большого числа тел-планетезималей. Суммарная масса их не превышает 0,001 массы Земли, поэтому из них никогда не сможет сформироваться планета.
Шмидт полагал, что метеоритный рой был захвачен Солнцем при прохождении через одно из газопылевых облаков Галактики. Однако вероятность такого события весьма мала, поэтому требовался более убедительный вариант появления в окрестности Солнца множества твердых тел. Выход был найден в представлениях о том, что газ, по мере остывания, конденсировался в твердые частички вроде снега, которые затем могли по тому же механизму расти. Ввиду торможения твердых пылинок окружающим газом, они должны были очень быстро собраться в тонком слое вблизи экваториальной плоскости туманности. Это, в свою очередь, способствует дальнейшему росту и слипанию пылинок и образованию планетезималей — первичных твердых фрагментов, которые затем объединялись в протопланеты.
Тем временем начались термоядерные реакции в молодом Солнце. Солнечное тепло испарило легкие летучие компоненты из ближайших окрестностей нашей звезды, благодаря чему четыре ближайшие к Солнцу планеты, в том числе наша Земля, состоят из плотных скальных пород. Четыре более удаленные планеты представляют собой гигантские шары из водорода, гелия, метана и аммиака. Состав девятой планеты, далекого Плутона, пока остается загадкой.
Солнечное излучение начало ионизовать газ в окрестностях Солнца. Возникавшие заряженные частицы взаимодействовали с магнитным полем Солнца и, как показал Ф. Хойл, за счет этого могли эффективно отбирать момент импульса у Солнца, тормозя его вращение. Давление солнечных лучей выметало это вещество из Солнечной системы. Этот механизм потери молодым Солнцем большей части своего вращательного движения представляется сейчас наиболее вероятным.
Планетезимали притягивались друг к другу, сталкивались, разрушались и слипались при столкновениях.
Моделирование этих процессов на компьютере показывает, что современное распределение планет в Солнечной системе не случайно. Подобно животным, каждая планета требует определенной территории. Моделирование рисует картину почти дарвиновской конкуренции: «естественный отбор» благоприятствует тем телам, которые быстрее всего росли вначале. Они были способны ускорять свой рост за счет поглощения более мелких тел. В конце концов, этот процесс завершился образованием современных планет.
Почти до конца 80-х годов нашего века раннюю историю нашей планетной системы приходилось воссоздавать лишь на основе данных о ней самой. И только к 90-м годам стали доступны для наблюдений невидимые ранее объекты - газопылевые диски, вращающиеся вокруг некоторых молодых звезд, сходных с Солнцем.
Возраст Солнца оценивается в 4,7 млрд. лет – с момента начала термоядерного синтеза.
По современным представлениям Солнце и все космические тела возникли из единого газопылевого облака. Газопылевую туманность, в которой возникли планеты, их спутники, мелкие твердые тела, в космогонии называют протопланетным (или допланетным) облаком. Это облако имело уплощенную, чечевицеобразную форму, поэтому его называют еще диском. Ученые полагают, что и этот диск, и Солнце образовались из одной и той же вращающейся массы межзвездного газа - протосолнечной туманности.
Вначале основная часть вещества собралась в центре облака и возникла звезда – Солнце. Из остатков, путем гравитационного слипания, образовались планеты. На создание Солнца ушло около 0,9 массы вещества протопланетного облака. Оно, сжимаясь, ускоряло вращение, вытягиваясь в дископодобный объем, который затем распался на кольцевые зоны. В этих зонах происходило слипание вещества в планетезимали. Образование планетезималей шло быстрее: около 10 тыс. лет – в окрестностях Земли и около 1 млн. лет в зоне Юпитера.
Самые крупные планетезимали образовали сердцевину планеты. У планет-гигантов (Юпитер, Сатурн) – это ядро планеты (например, железокаменное ядро Сатурна размером с нашу планету, окруженное гигантской водородно-гелиевой оболочкой). У планет земной группы (Меркурий, Венера, Марс) – это сами планеты. Намного больше времени занял процесс укрупнения планетезималей, их превращения в планеты. Увеличение поперечника Земли от 10 км до окончательных размеров заняло около 100 млн. лет. Планета оформилась около 4, 56 млрд. лет тому назад, но и после этого продолжала расти в течение 120-150 млн. лет за счет падения на нее метеоритов и астероидов. При падении крупных планетезималей выделялась гигантская тепловая энергия, расплавлявшая поверхность Земли. Это был океан расплавленной магмы глубиной в 200-400 км. Однако постепенно запас астероидов на орбите Земли исчерпался и число столкновений резко снизилось. Примерно 4,44 – 4,4 млрд. лет назад начало формироваться ядро планеты и атмосфера, несколько позже возникли континенты. Об этом свидетельствуют находки древнейших реликтовых пород.
Если от этого момента вести отсчет геологического времени, то эволюцию Земли можно представить в обобщенном виде, как последовательность фаз, стадий, сменяющих одна другую.
Фаза I. (4,7 – 4 млрд. лет назад).
Образование Земли из газа, пыли из планетезималей. Постепенный разогрев Земли от столкновения с космическими телами и энергии, выделяющейся в результате радиоактивного распада. Образование системы «Земля-Луна» произошло, скорее всего, в результате захвата Землей Протолуны, находившейся на одной из гелиоцентрических орбит. Дегазация Земли от разогрева приводит к формированию атмосферы из метана, аммиака и углекислоты. В конце периода образовалась гидросфера вследствие конденсации водяного пара.
Фаза II. (4 – 3,5 млрд. лет).
Возникновение первых островов – протоконтинентов, сложенных из пород, состоящих преимущественно из кремния и алюминия.
Фаза III. (3,5 – 2,7 млрд. лет).
Образование жидкого железного ядра планеты, что обуславливает возникновение магнитосферы и магнитных ловушек для высокоэнергетического космического излучения. Формируется континентальная кора – литосфера.
Фаза IV. (2,8 – 2,3 млрд. лет).
Образуется единый суперконтинент Пангея, окруженный суперокеаном Панталосса.
Фаза V. (2,2 – 1 млрд. лет).
Охлаждение коры и литосферы приводит к распаду Пангеи на макроплиты, пространство между которыми заполняют осадки и вулканы. В результате возникают складчато-надводные системы и образуется новый суперконтинент – Пангея I. Возникает органический мир – сине-зеленые водоросли, фотосинтезирующая деятельность которых способствует обогащению атмосферы кислородом и дальнейшему развитию органики.
Фаза VI. (1700 – 650 млн. лет).
Деструкция Пангеи I, образование бассейнов с корой океанского типа. Формирование двух суперконтинентов - Гондваны, куда вошли Южная Америка, Африка, Мадагаскар, Индия, Австралия и Антарктида - и Лавразии, включавшей Северную Америку, Гренландию, Европу и Азию (кроме Индии). Суперконтиненты разделяет море Тетис. Наступление ледниковых эпох. Органический мир обогащается бесскелетными многоклеточными организмами; появляются первые скелетные организмы (моллюски, трилобиты и др.). Образование нефти.
Фаза VII. (650 – 280 млн. лет).
Горный пояс Аппалачей в Америке соединяет Гондвану с Лавразией – образуется Пангея II. Обозначаются контуры палеозойских океанов – Палеотетиса, Палеоатлантического и Палеоазиатского. Гондвана дважды охватывается покровным оледенением. Появляются рыбы, позднее – амфибии. Растения и животные выходят на сушу. Начинается углеобразование.
Фаза VIII. (280 – 130 млн. лет).
Пангея II пронизывается сетью континентальных рифов, щелевидных ровообразных растяжений земной коры. Начинается раскалывание суперконтинента – Африка отделяется от Южной Америки и Индостана, а последний – от Австралиии и Антарктиды. Наконец, Австралия отделяется от Антарктиды. Покрытосеменные растения осваивают значительные пространства суши. В животном мире господствуют пресмыкающиеся и земноводные, появляются птицы и примитивные млекопитающие. В конце периода погибают многие виды животных, в том числе огромные динозавры. Причины либо в столкновении Земли с крупным астероидом, либо в активизации вулканической деятельности.
Фаза IX. (230 млн. лет – 600 тыс. лет).
Изменения общей конфигурации материков и океанов, в частности Евразия отделяется от северной Америки, Антарктида – от Южной Америки. В Начале периода климат на всей планете теплый и влажный, в конце – резкие климатические контрасты. Вслед за оледенением Антарктиды происходит оледенение Арктики. Формируются флора и фауна, близкие к современным. Появляются предки современного человека – приматы.
Фаза Х. (современность)
Между литосферой и ядром Земли поднимаются и опускаются потоки магмы, сквозь щели в коре они прорываются наверх. Под воздействием потоков магмы литосферные плиты сталкиваются друг с другом, океанические плиты подныривают под материковые, формируя каменные «бутерброды». При расхождении плит образуются новые сегменты литосферы. Идет постоянный процесс химико-плоскостной сепарации земного вещества, преобразующего состояние геосферных оболочек планеты.
С позиций постклассической теории геоэволюции можно смоделировать весь сценарий жизни Земли и солнечной системы.
1. Образование планеты, 4,7 – 4,5 млрд. лет назад.
2. Нарастание тектонической деятельности и ее пик 2,2 млрд. лет назад.
3. Период относительной стабилизации геотектонической активности (2,2 – 0,6 млрд. лет назад).
4. Угасание тектонической деятельности Земли (0,6 млрд. лет назад – 1,6 млрд. лет вперед).
5. Остывание планеты (1,6 – 5 млрд. лет вперед).
6. Взрыв Солнца и опаление Земли – исчезновение геосферных оболочек (~ 5 млрд. лет вперед).
7. Космическое странствование ядра планеты – до поглощения какой-либо звездой или «черной дырой» (после 5 млрд. лет вперед).
Геохронологические концепции эволюции Земли. Земля – колыбель разума, и сама она является объектом изучения с глубокой древности. Науки о ней берут свое начало в Древней Греции, куда зачатки астрономических знаний пришли во II-м тысячелетии до н.э. из Вавилона, Египта и Индии.
История наук о Земленасчитывает три этапа:
1) от античности до середины ХVI.- донаучный период
2) вторая половина ХVII – XVIII вв. – становление научной геологии.
3) XIX – XXвв. – современная комплексно-дисциплинарная геология, в которой различают
Классическую геологию, основанную на классической динамике (И.Ньютона и др.) – до 60-х г. ХХ в. и новейшую (постклассическую) – после 60-х гг.
На начальной стадии становления геологии и географии нельзя говорить о формировании собственно науки. Наблюдения носят характер созерцаний, их интерпретация, объяснения – чисто умозрительные, гипотетические. Тем не менее, уже в это время были высказаны гениальные догадки и предположения, проведены измерения размеров Земли, Луны и Солнца, создавшие главное концептуальное направление Космологии. Обсуждаются три ведущих идеи:
1. О шарообразности Земли, на что указывают наблюдения лунных и солнечных затмений;
2. Об изменяемости поверхности планеты, смещениях суши и моря при активной роли вулканов;
3. О климатических различиях в регионах и зонах.
Уровень геологических знаний кардинально меняется со времени создания классической механики. Геология осваивает не только приборно-экспериментальный арсенал физики (компас, телескоп, микроскоп и др.), но, главное, овладевает научно-теоретическим потенциалом: законом всемирного тяготения, теорией колебания физического маятника (Х.Гюйгенса). Это позволило по характеристикам гравитационного поля Земли судить о ее форме и внутреннем строении, дать объяснение морским приливам, объяснить закономерности движения планет солнечной системы и т.д. И хотя в ХVII в. геология еще не сложилась в самостоятельную отрасль, не было профессиональных геологов, но уже появились ученые, которые сумели вычленить и указать на своеобразие именно геологических идей и концепций. Это прежде всего Н.Стено, биолог и геолог, создатель структурной геологии, и М.В.Ломоносов, физик, химик и геолог, впервые установивший роль внутреннего тепла Земли, поднятие и опускание суши и др.
Основные направления научной геологии. Научная геология начинается с конца XVIIв., чему способствовали успехи в биостратиграфии и петрографии (науки о составе и происхождении горных пород, их минеральном и химическом составе).
N.B! Стратиграфия изучает осадочные породы по возрасту и времени их образования, по ее результатам осуществляется геологическое картирование, структурные разрезы пород.
Развитие геологии шло через последовательность различных концепций и гипотез, с помощью которых ученые пытались объяснить собранные факты и наблюдения.
Исторически первой, по-видимому, сформировалась концепция нептунизма, создателем которой был немецкий геолог А.Вернер. Согласно ей, все горные породы образовались из осадков Мирового океана.
Творцом другой гипотезы – плутонизма – был шотландский ученый-натуралист, создатель современной геологии Джеймс Геттон. Он полагал, что источником всех геологических процессов на Земле является ее внутреннее тепло, вызывающее извержения вулканов, землетрясения и т.д. Иначе говоря, истоки всех геодинамических процессов – в ее мантии.
В обеих рассмотренных концепциях динамическая активность планеты связывается лишь с одной из ее геооболочек: гидросферой или мантией. Такая избирательность противоречит и системному подходу, и реальному положению вещей. Поэтому французский зоолог и геолог Жорж Кювье отказался о них в пользу более общего принципа, названного катастрофизмом. Анализируя смену фауны по геологическим эпохам, он обратил внимание на резкие отличия окаменелостей и остатков, содержащихся в последовательно залегающих слоях. Такие скачки он объяснил воздействием глобальных катастроф, полагая, что животные не изменяются эволюционно, а возникнув, существуют в первозданном виде, вплоть до вымирания.
Против этой теории решительно выступили униформисты, возглавляемые Ч.Лайелем. Лозунг униформизма (от лат. uniformis -«единообразие»): «настоящее – ключ к прошлому».
Геологическое прошлое отличается от геологического настоящего, но они едины, поскольку законы, действующие в природе, универсальны и однозначны: «Изменчивы явления, но не законы». Такое направление униформизма прозвали актуализмом.
Вершинной вехой в концептуальных подходах геологических наук явилась теория эволюции. Основатели эволюционизма Ж.Б.Ламарк и Ч.Дарвин не признавали божественного вмешательства в историю Земли, для них более важным было выявить ход и направленность саморазвития планеты – эволюции ее структуры, динамики, вещественного содержания. При таком подходе все предыдущие концепции выглядели лишь как односторонние попытки объяснять геопроцессы влиянием одного-единственного фактора. К началу ХХ в. концепция эволюционизма стала доминирующей в геологии и остается такой до наших дней. Ее основная задача – тщательная разработка теоретических моделей, теорий, учитывающих эволюцию как каждой геосферной оболочки, так и их взаимодействие.
Особое внимание сейчас уделяется твердой оболочке планеты – литосфере. С ее изучением связано одно из ведущих направлений эволюционизма – мобилизм, базирующийся на фактах подвижности (дрейфа) островов, дна океана, а также континентов. Первыми гипотезу мобилизма выдвинули английский геофизик О.Фишер и немецкий геофизик А.Вегенер. Но для ее убедительного подтверждения у них не хватало фактического материала. Лишь в 50-х годах ХХ в. идея дрейфа континентов получает опытное обоснование в работах американского геолога Г.Хесса и геофизика Р.Дитца. Их концепция получила название неомобилизма. Согласно их расчетам, океаническая кора расширяется и погружается в мантию в зонах глубоководных желобов, а континенты дрейфуют под действием конвективных течений магмы. Постепенно неомобилизм трансформировался в концепцию тектоники литосферных плит, в рамках которой не только описывается движение плит, но и устанавливаются его причины.
Современные концепции строения Земли и геодинамики. Земля – колыбель и обитель человечества, поэтому геологические исследования насущно важны для людей. Изучать нашу планету не только интересно, но и крайне важно для человеческого общества по разным соображениям: экономическим, экологическим, биосоциальным. Современная планетология должна дать ответы на два коренных вопроса: о механизме образования планетных систем (типа солнечной) и об их судьбе в обозримом будущем.
Концепция глобальной эволюции Земли лучше любой другой позволяет интерпретировать сущность большинства геологических явлений и остается ведущей в комплексе наук о планете. Основополагающим концептуальным фактором здесь становится геологическое время Земли, причем речь идет о планетарном времени в рамках геохронологических процессов и явлений. Геологические события могут быть кратковременными, разовыми – типа землетрясений – извержений вулканов, падений метеоритов, а могут представлять собой процессы продолжительностью в тысячи, миллионы и даже миллиарды лет. Выработка концепции геологического времени затруднена еще и тем, что время жизни индивидуума (да и всего человечества) ничтожно мало по сравнению с возрастом планеты или периодами протекания геологических изменений; чтобы извлечь информацию о прошлом Земли, нужны совершенно особые методы. Воссоздание истории планеты с момента ее образования осложняется, во-первых, тем, что следов этого периода (в виде минералов, пород, осадков) практически не сохранилось. Во-вторых, естествознание выявляет универсальные законы, а Земля и Вселенная – уникальны, поэтому все заключения о происхождении и развитии космопланетарных явлений можно считать не закономерностями, а лишь моделями, возможными вариантами объяснений.
Планетология рассматривает Землю как своеобразную самоорганизующуюся систему, в которой непрерывно совершаются сложные, взаимосвязанные процессы, охватывающие неживую и живую формы материи. Данные разных наук позволяют судить о Земле как гигантской геологической системе, функционирующей в режиме определенных циклов, т.е внутрипланетарные процессы – ритмы Земли – это периодические изменения. Основные компоненты планеты, такие как атмосфера, гидросфера, литосфера, мантия и ядро, - это единая система, в которой осуществляются процессы регулярного обмена энергией и веществом между ее составляющими. Это позволяет рассматривать геологическое время Земли не просто как хронологическую последовательность событий, а как повторяющееся, упорядоченное чередование крупномасштабных временных интервалов, в течение которых происходят качественно родственные геологические процессы.
Строение Земли. Идею о шарообразности Земли выдвинул еще Аристотель, наблюдая лунные затмения, образованные земной тенью. После создания классической динамики тел высказывалось предположение, что вследствие осевого вращения земной шар должен быть сплюснут у полюсов, что и удалось подтвердить в XVIII; разница между экваториальным и полярным радиусом составила 21, 4 км.
Основной причиной отклонения формы Земли от геометрии сфероида является неоднородность состава земной коры. Геометрическая фигура планеты получила название геоида. Геоид – это поверхность вращения, в каждой точке которой сила тяжести нормальна к ней.
Внутрипланетное устройство Земли, ее структура – предмет длительного и разностороннего изучения. По современным представлениям Земля имеет трехступенчатое строение: ядро, мантия, земная кора.
Между названными частями проходит граница Мохоровичича, отделяющая земную кору от мантии, расположенная на глубине 30-70 км на континентах и 5-10 км под дном океана; граница Вихерта-Гутенберга, разделяющая мантию и ядро на глубине 2900 км. Кроме этих основных поверхностей раздела, выделяют еще несколько вспомогательных. Дальнейшая детализация строения планеты связана с выделением структурных оболочек – геосфер – и подоболочек по вещественному, функциональному или иным критериям.
Геосферой называется оболочка Земли, приблизительно симметричная относительно центра и состоящая в основном из вещества, находящегося в одном из физических состояний. Главными геосферами являются:
экзосфера, ионосфера, мезосфера, стратосфера, тропосфера, гидросфера, земная кора, мантия, ядро.
По какому-либо особому свойству вещества выделяют еще функциональные геосферы: астеносферу, по соотношению температуры и давления, обуславливающих расплавленное состояние горных пород; по встречаемости осадочных пород – стратисферу; по распространению живого – биосферу и др.
По комплексу признаков выделяют ландшафтную сферу, охватывающую тропосферу, гидросферу и литосферу. В ее рамках вырабатываются понятия о техносфере, социосфере, антропосфере.
По проявлениям физических полей выделяют сейсмосферу, геоэлектромагнитосферу, геогравиосферу и др.
Геосферы активно проникают друг в друга и влияют друг на друга. Например, атмосфера и гидросфера через растворенный в воде воздух и парообразное состояние воды.
Геодинамические процессы. Геодинамика нашей планеты вызывается и определяется физическими силовыми полями: сейсмическими, магнитными, тепловыми. Область пространства, охватываемая физическими полями Земли, не менее 2 млн. км; пределы ее определяются двумя показателями:
1500000 км – сфера Хилла – расстояние, на котором могут двигаться тела, оставаясь спутниками Земли;
260 000 км – область, в пределах которой земное притяжение превосходит солнечное.
Гравитационные воздействия Солнца, Луны, и других планет на орбиту Земли вызывают возмущения колебательного характера, ответственные, возможно за климатические изменения. Гравитационное поле Земли определяет величину силы тяжести на поверхности. Отклонения силы тяжести в данной точке планеты от средне теоретических значений называется гравитационными аномалиями.
Магнитное поле. Давно обнаружено, что наша планета представляет собой гигантский магнит. Измерения геомагнитного поля со спутников показали, что на расстоянии около 10 земных радиусов находится граница, где его напряженность почти сравнивается с напряженностью межпланетного магнитного поля, т.е. граница магнитосферы Земли расположена на расстоянии в 100-200 тыс. км. Напряженность магнитного поля по поверхности Земли неодинакова: на полюсах она достигает 0,008 – 0,005 А/м. с удалением от поверхности Земли напряженность магнитного поля убывает пропорционально кубу расстояния.
Тепловое поле. Как всякое нагретое тело, Земля имеет собственное инфракрасное, т.е. тепловое излучение. В этом смысле можно говорить о собственном «тепловом» поле Земли. Факторы, вызывающие нагревание, делятся на внешние (энергия Солнца, приливное терние, космическое излучение) и внутренние (теплопередача из глубин, вулканизм, геотермальные источники, хозяйственная деятельность людей).
Основной источник теплового поля – Солнце. От него на верхнюю границу атмосферы приходит тепловой поток, равный 1370 Дж/м2/с, что эквивалентно сжиганию 1 млрд. тонн нефти. Температура на поверхности колеблется от – 89°С в Антарктиде до + 59°С в Африке. Суточные, сезонные, климатические изменения температуры оказывают влияние на геосферу и биосферу Земли.
Сейсмическое поле. Самая большая масса сведений о динамике планеты получается из анализа сейсмических волн, которые возникают в поле упругости горных пород, в очаге землетрясения. Землетрясения проявляются в виде подземных толчков, вызываемых естественными причинами, и играют существенную роль в земных процессах. Ежегодно регистрируются свыше одного миллиона землетрясений, и некоторые из них являются крайне разрушительными. Распределение сейсмически активных зон по Земле неравномерно. Больше всего землетрясений (до 80%) регистрируется на периферии Тихого океана, в так называемом тихоокеанском сейсмическом поясе. Вторым по активности является средиземно-индонезийский сейсмический пояс, протянувшийся от Гибралтара через Средиземное море, Ближний Восток и Гималаи к островам Индонезии, где он стыкуется с тихоокеанским.
Земная кора находится в постоянном движении как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Горные породы разрываются, надвигаются, сминаются, постоянно меняя рельеф земной поверхности. Оценки амплитуд вертикальных движений литосферы показывают, что средние скорости в зонах повышенной сейсмической активности достигают 0,3 мм в год, а в спокойных – 0, 05 мм в год. В геологическом времени амплитуда вертикальных движений оценивается по расстоянию между самой высокой точкой на суше (Джомолунгма, 8848) и самой глубокой впадиной Мирового океана (Марианский желоб, 11022 м), что составляет около 20 км. Горизонтальные движения земной коры происходят литосферными плитами, причем им свойственны не только линейные, но и вращательные движения. Так, по палеомагнитным данным Великобритания за последние 200 млн. лет развернулась по часовой стрелке на 30° и одновременно сместилась к северу.
Геологические циклы. Геологические процессы на Земле имеют циклический характер. Общий геологический цикл, который проходят земные породы, был впервые установлен Дж. Геттоном, основателем современной геологии, в конце ХIII в. согласно ученому, горные породы подвергаются выветриванию, что приводит к образованию осадка, который потом захороняется. При погружении на глубину осадочные породы испытывают метаморфизм и плавление, а затем поднимаются вверх вместе с растущими горными цепями. В этом цикле участвует вся земная кора и вещество верхних слоев мантии.
Другим примером глобального цикла является гидрологический цикл – круговорот воды в природе. В нем перенос воды осуществляется между разными частями и оболочками земного шара. Из общего резервуара – атмосферы – вода выпадает на сушу и море, частично задерживается в земле в виде грунтовых вод, основная часть различными путями сбрасывается в другой общий гигантский резервуар – Мировой океан. Испаряясь с поверхности суши и моря, вода попадает обратно в атмосферу, завершая полный оборот цикла. Нарушение водного баланса в глобальной системе может вызвать катастрофические последствия, вплоть до изменения климата, осушения шельфа и др.
Еще один глобальный процесс переноса – карбоновый цикл – круговорот углекислого газа в атмосфере, океане и земной коре. Из атмосферы двуокись углерода поглощается растениями в процессе фотосинтеза. В результате создаются запасы углерода органического происхождения – в остатках отмерших растений и животных. Богатое углеродом вещество складируется в виде осадков в земной коре. В то же время процесс размывания известняков и органических веществ ведет к окислению углерода, который снова возвращается в атмосферу, замыкая гигантский временной цикл.
Дата добавления: 2015-04-05; просмотров: 216; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |