Движутся ли материки

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) Рязанский филиал

Контрольная работа №2

Тема: Движутся ли материки?

Разработал:

Карнушин Д.Ю.

шифр 1015-пНЭ-1032

Проверил:

Никитина Т.И.

Рязань 2010 г.

Содержание

Введение                                                                                                                   2

1. Эволюция земли                                                                                                  3

2. Тектоника плит                                                                                                    6

3. Тринадцать движений земли                                                                            13

4. Заключение                                                                                                         14

Список литературы                                                                                               15

Введение

Земля как одна из планет Солнечной системы на первый взгляд ничем не примечательна. Это не самая большая, но и не самая малая из планет. Она не ближе других к солнцу, но и не обитает на периферии планетной системы. И всё же Земля обладает одной уникальной особенностью – на ней есть жизнь. Однако при взгляде на Землю из космоса это не заметно. Хорошо видны облака, плавающие в атмосфере. Сквозь просветы в них различимы материки. Большая же часть Земли покрыта океанами.

Появление жизни, живого вещества – биосферы – на нашей планете явилось следствием её эволюции. В свою очередь биосфера оказала значительное влияние на весь дальнейший ход природных процессов. Так, не будь жизни на Земле, химический состав её атмосферы был бы совершенно иным.

Несомненно, всестороннее изучение Земли имеет громадное значение для человечества, но знания о ней служат также своеобразной отправной точкой при изучении остальных планет земной группы.

1. Эволюция Земли.

Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией её происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась около 4.6 млрд лет назад. В процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака постепенно увеличивалась её масса. Росли силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля всё сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причём выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно. 

Чем крупнее были падавшие тела, тем сильнее они нагревали Землю. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум поперечникам внедрившегося тела. А так как основная масса на этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучится в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100 – 1000 км могла приблизиться к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызывал распад короткоживущих радиоактивных изотопов.

По-видимому, первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться ещё на стадии её формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определённая часть более тяжёлого вещества всё же успевала опуститься под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле.

Предположительно ядро сформировалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, начал кристаллизоваться – так зародилось твёрдое внутреннее ядро. К настоящему времени оно составляет 1.7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30% земной массы.

Развитие других оболочек продолжалось гораздо дольше и в некотором отношении не закончилось до сих пор.

Литосфера сразу после своего образования имела небольшую толщину и была очень не устойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху великой бомбардировки (от 4.2 до 3.9 млрд лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки – многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы практически стёрли следы этого периода.

Около 3.8 млрд лет назад сложилась первая лёгкая и, следовательно, «непотопляемая» гранитная кора. В то время планета уже имела воздушную оболочку и океаны; необходимые для их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и водяных паров, кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате, во – первых, фотохимической диссоциации воды и, во – вторых фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких, как сине – зелёные водоросли.

600 млн лет назад на Земле было несколько подвижных континентальных плит, весьма похожих на современные. Новый сверхматерик Пангея появился значительно позже. Он существовал 300 – 200 млн лет назад, а затем распался на части, которые и сформировали нынешние материки.

Что ждёт Землю в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой степенью неопределённости, абстрагируя как от возможного внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причём не всегда в лучшую сторону.

В конце концов недра Земли остынут до такой степени, что конвекция в мантии и, следовательно, движение материков (а значит, и горообразование, извержение вулканов, землетрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрёт неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая её судьба будет определяться среднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замёрзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а скорее к этому и приведёт возрастающая светимость Солнца), то вода испарится, обнажив равную поверхность планеты. Очевидно, ни в том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже не возможна, по крайней мере в нашем современном представлении о ней.

2. Тектоника плит (движение материков).

    Ещё в 1912 г. немецкий исследователь Альфред Вегенер выдвинул гипотезу дрейфа континентов. На эту идею его натолкнули поразительное соответствие очертаний береговых линий материков Африки и Южной Америки, а также явные следы глобального изменения климата в прошлом во многих регионах мира. Но гипотеза поначалу была отвергнута научным сообществом, так как не указывала причин дрейфа. В 30-е гг. английский геолог Артур Холмс предложил объяснить движение континентов тепловой конвекцией. В 50-е гг., когда широко проводились исследования дна океана, гипотеза о крупных горизонтальных перемещениях в литосфере получила новые подтверждения. Значительную роль в этом сыграло изучение магнитных свойств пород, слагающих океаническое дно.

Ещё в начале XX в. было установлено, что намагниченность современных лав соответствует нынешнему магнитному полю Земли, а у древних лав она часто ориентирована под большими углами или вообще противоположна направлению современного поля. По сути дела эта картина отражает состояние магнитного поля в предшествующие геологические эпохи. В базальтовых лавах много железа, и они, затвердевая по мере охлаждения, намагничивались в соответствии с существовавшим в тот период геомагнитным полем.

Имелись также данные о перемене полярности: северный магнитный полюс Земли становился южным, и наоборот. Зарегистрировано 16 инверсий магнитных полюсов за последние несколько миллионов лет. (Причины такой переполюсировки до сих пор окончательно не выяснены, предположительно её вызвали процессы, происходившие в жидком ядре.). И, как оказалось, график этих инверсий свидетельствовал в пользу крупномасштабных перемещений материков.

Магнитная съёмка тихоокеанского дна в 1955 и 1957 гг. обнаружила простирающиеся почти параллельно с севера на юг «полосы» с магнитными полями аномальной напряжённости. А в 1963 г. были открыты полосовые магнитные аномалии, вытянутые параллельно хребту Карлсберг в Индийском океане. К этому времени уже стала довольно известной гипотеза, выдвинутая в 1960г. профессором Принстонского университета (США) Гарри Хессом и названная позже гипотезой спрединга, или «расширения морского дна». По ней, горячая полурасплавленная мантийная масса поднимается под срединно-океаническими хребтами, распространяется в стороны от них в виде мощных потоков, которые разрывают и расталкивают плиты литосферы в разные стороны. Мантийное вещество заполняет образовавшиеся с обеих сторон от хребтов трещины - рифты.

Но площадь поверхности Земли (как и её объём) практически не изменилась за время её существования. Поэтому если новые участки поверхности наращиваются вдоль хребтов, то где-нибудь они должны и уничтожаться. Вероятнее всего, это происходит в глубоководных океанских желобах. Эти так называемые зоны субдукции (поглощения) расположены вдоль вулканических дуг, протянувшихся в Тихом океане от Аляски вдоль Алеутских островов к Японии, Марианским островам и Филиппинам вплоть до Новой Зеландии и вдоль берегов Америки. Когда в этих зонах земная кора опускается до глубины 100 – 150 км, часть вещества плавится, образуя магму, которая затем в виде лавы прорывается наверх и извергается в вулканах.

Таким образом, земная кора создаётся в рифтовых зонах океанов, как ленточный конвейер, движется со средней скоростью 5 см в год, постепенно остывая.

Гипотеза спрединга может хорошо объяснить магнитные аномалии морского дна. Если расплавленная порода, изливающаяся в срединно-океанических хребтах, затвердевает с обеих сторон от них, а затем расползается в противоположных направлениях, то она будет создавать полосы, намагниченные согласно с ориентацией магнитного поля в период их застывания. Когда поверхность меняется, вновь образовавшееся морское дно намагничивается в противоположном направлении. Чередование полос даёт подробную картину формирования морского дна по обеим сторонам от активного хребта, причём одна сторона является зеркальным отражением другой.

Первые же магнитные карты тихоокеанского дна у берегов Северной Америки, в районе хребта Хуан-де-Фука, показали наличие зеркальной симметрии. Ещё более симметричная картина обнаружена с обеих сторон центрального хребта в Атлантическом океане.

Используя концепцию дрейфа материков, известную сегодня как «новая глобальная тектоника», можно восстановить взаимное расположение континентов в далёком прошлом. Оказывается, 200 млн. лет назад они составляли единый материк.

3. Тринадцать движений Земли.

              Прежде чем подробно рассмотреть те движения нашей планеты, которые имеют непосредственное отношение к её недрам, представим общую картину очень сложно движущейся Земли. Некоторые из этих движений быстры и заметны, другие, наоборот, почти неощутимо медленны. Их совокупность демонстрирует на примере Земли ту вечную изменчивость, которая свойственна всему мирозданию и является общим свойством материи. Главной силой, определяющей все эти движения, служит гравитация – притяжение Земли другими телами космоса.

              Трудно поверить, что такое огромное тело, как земной шар, весящий 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн, одновременно участвует в самых разнообразных движениях. Однако существование этих движений твёрдо установлено современной наукой. Два движения Земли известны с давних времён – это вращение вокруг собственной оси и обращение вокруг солнца.

              Все движения в природе в той или иной степени неравномерны. Например, второе движение Земли вокруг Солнца. Оно совершается по эллипсу. Когда Земля проходит через перигелий – ближайшую к Солнцу точку  своей орбиты, нас отделяет от Солнца почти 147 млн. км. Через полгода расстояние от Земли до Солнца становится близким к 152 млн. км.

Скорость движения Земли всё время меняется. Вблизи Солнца она увеличивается, с удалением от него – уменьшается. В среднем же Земля летит по своей орбите в 36 раз быстрее пули – 30 километров в секунду. Но эта скорость кажется огромной лишь по земным мерам расстояний. Если бы мы смогли откуда-то из вне с большого расстояния следить за орбитальным движениям земного шара, он показался бы нам более медлительным, чем черепаха: за один час земной шар проходит путь, в девять раз превышающий его диаметр между тем как черепаха за один час покрывает расстояние, равное нескольким десяткам её поперечников.   

Земной шар часто сравнивают с волчком. Такое сравнение имеет более глубокий смысл, чем иногда кажется. Если раскрутить волчок, а потом слегка толкнуть его ось – она начнёт описывать конус, причём со скоростью, значительно меньшей скорости вращения волчка. Это движение называется прецессией. Оно свойственно и земному шару, являясь его третьим движением. Луна вызывает ещё одно, гораздо менее значительное, четвёртое движение Земли. Из-за воздействия Луны на различные точки земного эллипсоида земная ось описывает маленький конус с периодом в 18.6 года. Благодаря этому движению, называемому нутацией небесный полюс вычерчивает на фоне звёздного неба крошечный эллипс. Во всех учебниках географии подчёркивается, что наклон оси Земли к плоскости её орбиты всегда остаётся неизменным. Строго говоря, это не совсем точно. Земля, хотя и крайне медленно всё же «покачивается», и наклон земной оси слегка меняется. Впрочем, это пятое движение Земли мало ощутимо. Не остаётся неизменной и форма земной орбиты. Её эллипс становится то более, то менее вытянутым. В этом заключается шестое движение земного шара. Прямая, соединяющая ближайшую и наиболее отдалённую от Солнца точки орбиты Земли, называется линией апсид. В её медленном повороте выражается седьмое движение Земли.

Из-за этого меняются сроки прохождения Земли через перигелий. В настоящую эпоху максимальное сближение Солнца и Земли приходится на 3 января. За 4000 лет до нашей эры Земля проходила через перигелий 21 сентября. Это снова повторится лишь в 17000 году. Выражение «Луна обращается вокруг земли» не совсем точно. Дело в том, что Земля притягивает Луну, а Луна Землю, поэтому оба тела движутся вокруг общего центра тяжести. Если бы массы Земли и Луны были одинаковы, то этот центр находился бы по середине между ними, и оба небесных тела обращались бы вокруг по одной орбите. На самом же деле Луна в 81 раз легче Земли, и центр тяжести системы Земля Луна в 81 раз ближе к Земле, чем к Луне. Он отстоет на 4664 километра от центра Земли в сторону Луны, т.е. находится внутри Земли почти в 1700 километрах от её поверхности. Вот вокруг этой точки происходит восьмое движение Земли.

              Если бы вокруг Солнца обращалась только Земля, оба тела описывали бы эллипсы вокруг общего неподвижного центра тяжести. Однако в действительности притяжение Солнца другими планетами заставляет этот центр двигаться по очень сложной кривой. Ясно, что эго движение отражается и на Земле, порождая ещё одно девятое её движение.

Наконец, сама Земля весьма чутко реагирует на притяжение всех других планет Солнечной системы. Их общее воздействие отклоняет Землю с её простого эллиптического пути вокруг Солнца и вызывает все те неправильности в орбитальном движении Земли, которые астрономы называют возмущениями. Движение Земли под действием притяжения планет является её десятым движением.

Установлено, что звёзды несутся в пространстве со скоростью в десятки, а иногда и сотни километров в секунду. Наше солнце и в этом проявляет себя как рядовая звезда. Вместе со всей солнечной системой, в том числе и Землей, оно летит в направлении созвездия Геркулеса со скоростью около 20 километров в секунду, перемещение Земли относительно ближайших к Солнцу звёзд называется одиннадцатым её движением. Долог путь Солнца вокруг галактического ядра. Солнечная система совершает его почти за 200 млн. лет – такова продолжительность «галактического года»! Полёт Земли в пространстве вместе с Солнцем вокруг центра Галактики – двенадцатое её движение дополняется тринадцатым движением всей нашей звёздной системы Галактики относительно ближайших к ней и известных  нам других галактик. Перечисленные тринадцать движений Земли вовсе не исчерпывают всех её движений. В бесконечной Вселенной каждое из небесных тел, строго говоря, участвует в бесчисленном множестве различных относительных движений.

Заключение.

Мы познакомились с современным состоянием нашей планеты. Будущее нашей планеты, да и всей планетной системы, если не произойдёт ничего непредвиденного, кажется ясным. Вероятность того, что установившийся порядок движения планет будет нарушен какой-нибудь странствующей звездой, невелика, даже в течение нескольких миллиардов лет. В ближайшем будущем не приходится ожидать сильных изменений в потоке энергии Солнца. Вероятно, могут повториться ледниковые периоды. Человек способен изменить климат, но при этом может совершить ошибку. Континенты в последующие эпохи будут подниматься и опускаться, но мы надеемся, что процессы будут происходить медленно. Время от времени возможны падения массивных метеоритов.  Но в основном планета Земля будет сохранять свой современный вид.

Список литературы.

1.      П. Г. Куликовский :«Справочник любителя астрономии» М.1971 г.

2.      Б. А. Воронцов- Вельяминов :«Очерки о Вселенной» М. «Наука» 1976 г.

3.      И.Д. Новиков «Эволюция Вселенной», М. 1983 г. С.П. Левитан. «Астрономия», М., «Просвещение» 1994 г.

13