Федеральное агентство по образованию

государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет

Естественно-географический факультет

Специальность «География» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

ПО ГЕОЛОГИИ 
 

тема: История Земли 
 
 

Казань 2009

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение

     Геология (греч. «гео» - земля, «логос» - учение) –  наука о Земле. Она – одна из важнейших естественных наук, занимающейся изучением состояния, вещественного состава, происхождения и состава Земли, исследует явления и процессы, протекающие на ее поверхности и внутри.

     Современная геология, опирающаяся на многовековой опыт познания Земли, представляет огромный практический и теоретический интерес для человека.

     Геология, как самостоятельная наука, возникла и сформировалась в результате дифференциации естествознания в конце XVIII начале XIX вв. Она объединяет большое число самостоятельных геологических дисциплин: геохимия, минералогия, петрография, полезные ископаемые, палеонтология, историческая геология, стратиграфия, палеогеография, морская геология, тектоника, геофизика, космическая геология, палеонтология.

     Одно  из ветвей геологии – минералогия – наука о свойствах минералов, об условиях их образования и распространения в земной коре.

     Вещественный  состав горных пород изучает –  петрография, в вещественный состав земных недр, распределение, взаимодействие и перемещение химических элементов раскрывает геохимия.

     Изучением истории и закономерности развития земной коры занимается историческая геология. Тесно с ней связаны палеонтология, стратиграфия и палеогеография. Так, палеонтология – наука, рассматривающая последовательность напластования горных пород вместе с содержащимися в них остатками различных животных и растительных организмов, а палеогеография – это наука, изучающая климат и ландшафты прошлых эпох.

     Очень плотно с геологией связана наука  тектоника. Она изучает строение и историю развития какого-либо участка земной коры. С ее помощью можно проследить характер залегания горных пород.

     Обширную  информацию о физических явлениях и  процессах, протекающих в оболочках Земли и ее ядре, несет геофизика. Чрезвычайно важные данные о внутреннем строении Земли дает геологам сейсмология – раздел геофизики, изучающий глубинные сейсмические волны.

     Важной  и новой наукой можно назвать космическую геологию. По снимкам поверхности Земли, выполненным из космоса, геологи составляют карты, прогнозируют месторождения полезных ископаемых и решают вопросы охраны окружающей среды.

     На  наших глазах рождается наука  планетология, базирующая на исследовании планет и спутников Солнечной системы с помощью космических аппаратов.

     В работе мы рассмотрим историю Земли  от ее начала и до настоящего времени.¹

1. ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ

1.1. Происхождение Земли

     Первичная Земля, сформировавшаяся за счёт аккреции исходного протопланетного вещества, должна была быть полностью безжизненной планетой. Связано это с тем, что само вещество протопланетного газопылевого облака образовалось благодаря взрывам сверхновых звёзд и было полностью стерилизовано жёстким космическим излучением ещё задолго до начала аккреции планет Солнечной системы. Кроме того, на Земле в те далёкие времена ещё не существовало ни плотной атмосферы, ни гидросферы, т.е. наиболее благоприятных сред для возникновения, обитания и защиты от разрушения жизни. Это объясняется тем, что земное вещество с самого начала было резко обеднено летучими соединениями, а та их ничтожная часть, которая всё-таки освобождалась при ударах и тепловых взрывах планетезималей, тут же сорбировалась очень пористым грунтом и быстро выводилась с поверхности Земли, захораниваясь постепенно в её недрах при выпадении всё новых и новых порций протопланетного вещества. К тому же в первое время после образования Земли её поверхность подвергалась исключительно интенсивному воздействию мощного потока корпускулярного излучения молодого Солнца, находившегося тогда, подобно звёздам Т–Тельца, в самом начале главной последовательности своего развития. Этот интенсивный поток корпускул, в основном протонов и ядер гелия, должен был буквально сдувать с поверхности Земли все остатки газовых составляющих.

     После первой активной стадии развития молодого Солнца его светимость около 4,6 млрд лет назад примерно на 30–25% была ниже современного уровня. Поэтому условия существования на молодой и лишённой плотной атмосферы Земле были исключительно суровыми. С одной стороны, её поверхность представляла собой холодную пустыню, а с другой — она подвергалась постоянному и интенсивному облучению потоками жёстких космических лучей.

     Неблагоприятные условия для возникновения и  развития жизни на Земле продолжались до тех пор, пока не начал действовать процесс дегазации земного вещества. Однако это могло произойти только после подъёма температуры в недрах молодой Земли до уровня появления у неё астеносферы и возникновения конвективных движений в мантии, т. е. после начала действия наиболее мощного процесса гравитационной дифференциации земного вещества. При этом образование астеносферы и процесс зонного плавления земного вещества привели к резкому усилению приливного взаимодействия Земли с Луной и к существенному перегреву верхней мантии в экваториальном поясе Земли. Произошли эти события примерно 4,0–3,9 млрд лет назад.

     Обезгаживание и вулканическая активность привели  к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами, привела к образованию океанов. Предположительно 4 млрд лет назад, интенсивные химические реакции привели к возникновению самовоспроизводящихся молекул, и в течение полумиллиарда лет появился «последний универсальный общий предок».

     Развитие  фотосинтеза позволило живым  организмам напрямую накапливать солнечную энергию. В результате в атмосфере стал накапливаться кислород, а в верхних слоях — формироваться озоновый слой. Слияние мелких клеток с более крупными привело к развитию сложных клеток — эукариотов. Настоящие многоклеточные организмы, состоящие из группы клеток, стали всё больше приспосабливаться к окружающим условиям. Благодаря поглощению губительного ультрафиолетового излучения озоновым слоем, жизнь смогла начать освоение поверхности Земли.

1.2. Развитие планеты

     Первый  этап развития земной жизни пока полностью не ясен. Однако, начиная со времени 3,6–3,5 млрд лет назад уже известны строматолитовые отложения. Так, в серии Онвервахт Южной Африки (3,5–3,3 млрд лет) строматолиты имеют кремневый состав и слагают небольшие по мощности и протяжённости слои, залегающие среди пластов кремней в вулканогенных породах зеленокаменного пояса. В середине архея земная жизнь уже характеризовалась несколько бoльшим разнообразием и, вероятно, полным господством термофильных прокариотных форм, в основном архиабактерий с халькофильной и сидерофильной специализацией. Вероятнее всего источниками энергии этим примитивным формам жизни тогда служили хемогенные реакции типа тех, которые в настоящее время используются термофильными бактериями в горячих гидротермах („чёрных курильщиках“) срединно-океанических хребтов, а также другие анаэробные хемогенные реакции.

     В связи с тем, что в архейской  конвектирующей мантии над зонами дифференциации земного вещества концентрация свободного железа была пониженной, в архейской атмосфере в небольших количествах мог присутствовать и кислород. Кислород тогда освобождался благодаря фотодиссоциации паров воды жёстким излучением Солнца и жизнедеятельности цианобактерий, которые в то время уже появились, поскольку в архее встречаются строматолиты.

     В середине архея, около 3,1 млрд лет назад, масса воды в гидросфере Земли увеличилась так, что отдельные морские бассейны стали сливаться друг с другом в единый Мировой океан и его поверхность тогда же перекрыла гребни срединно-океанических хребтов. В результате несколько активизировались процессы гидратации океанической коры и увеличилась поставка в океаническую кору карбонатов кальция. В свою очередь, это должно было привести в конце архея к заметному увеличению отложений карбонатных осадков (например, мраморов и кальцифиров), а также строматолитовых отложений в зеленокаменных поясах того времени, хотя их доля в вулканогенных образованиях таких поясов по-прежнему оставалась незначительной.

     Второй  радикальный геолого-биологический  рубеж был связан с выделением земного ядра и резким снижением тектонической активности Земли на рубеже архея и протерозоя (около 2,6 млрд лет назад). Именно тогда в океанической коре впервые возник серпентинитовый слой — главный и постоянно обновляемый резервуар связанной воды в земной коре. Известно, что гидратация ультраосновных пород сопровождается поглощением углекислого газа и связыванием его по реакциям в карбонатах. Этим следует объяснять сравнительно быстрое удаление из атмосферы углекислого газа и падение общего атмосферного давления с 6 атм и температур с +50…+60°С в архее приблизительно до 1 атм и +6… +7°С в начале раннего протерозоя, что привело к резкому похолоданию климата и возникновению (около 2,5 млрд лет назад) первого в истории Земли ледникового периода.

     Однако  надо учитывать, что в конце архея  и начале протерозоя в мантию Земли из центральных областей поднялось много первичного вещества с высокой концентрацией в нём металлического железа. Поэтому масса железа, поступавшего в раннем протерозое через рифтовые зоны Земли в океаны, значительно превосходила возможную генерацию кислорода в биосфере раннего протерозоя. Отсюда следует, что в атмосфере раннего протерозоя было исключительно мало кислорода, скорее всего не выше 10 ^–6 атм, а во время массового отложения джеспилитов, около 2,2–2,0 млрд лет назад, и того ниже (вероятно, около 10 ^–8—10 ^–9 атм), но в отличие от архейской атмосферы в ней уже было не более нескольких мбар углекислого газа. Это позволяет предположить, что именно в эпохи массового отложения железорудных формаций, вероятно, появились и железобактерии, потребляющие кислород благодаря восстановлению трёхвалентного железа до фазы магнетита. Существование таких архиобактерий было доказано экспериментально. Не исключено, что дефицит кислорода мог активизировать и симбиотические процессы в жизни простейших бактерий, образование в них митохондрий и клеточных ядер, послуживших позже основой появления эукариотных форм жизни.

     Таким образом, атмосфера Земли в раннем протерозое, около 2,5–2,0 млрд лет назад, в основном состояла только из азота, лишь с небольшими добавками водяного пара, аргона и углекислого газа.

     Рассматривая  развитие жизни в истории Земли, важно обратить внимание специалистов на ранее не учитывавшееся обстоятельство — на присутствие в докембрийской мантии свободного (металлического) железа. Вместе с мантийным веществом это железо попадало в рифтовые зоны срединно-океанических хребтов, где оно на контакте с водой окислялось до растворимой двухвалентной гидроокиси (вероятно, в форме бикарбоната), разносившейся далее по всему океану. Но, как известно, двухвалентная гидроокись железа является активным поглотителем кислорода. Поэтому есть все основания полагать, что большая часть кислорода, продуцировавшегося фитопланктоном докембрия, тогда быстро расходовалась на окисление двухвалентной гидроокиси железа до трёхвалентного состояния (например, в форме гётита). Этим следует объяснять не только формирование мощнейших залежей железных руд докембрия, но и очень низкое парциальное давление кислорода в атмосфере докембрия. В процессе химико-плотностной дифференциации железо вместе с его окислами постепенно переходило из мантии в земное ядро, однако полностью оно исчезло из мантии только на рубеже протерозоя и фанерозоя. После же полного перехода металлического железа из мантии в ядро около 600 млн лет назад, исчез главный „потребитель“ кислорода на Земле, и этот живительный газ начал быстро накапливаться в атмосфере.²

2. СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

2.1. Начало образования  планеты Земля

     Вселенная – мир безграничный во времени  и пространстве. Во Вселенной можно  встретить множество различных космических тел. Это раскаленные звезды, подобно Солнцу, планеты, астероиды, метеориты, кометы, скопления космической пыли и газов. Космические тела расположены во Вселенной неравномерно, чаще они представлены скоплениями звезд и планет, метеоритов и космических газов. Такие скопления звезд называют Галактиками.

     По  своей форме наша Галактика напоминает в разрезе форму двояковыпуклой линзы, на краю которой расположена Солнечная система. В нее входят: Солнце, 9 крупных планет со своими спутниками, астероиды, метеориты, кометы, а так же бесчисленное количество метеоритных тел размером от десятков метров и до пылинок, которые вращаются по эллиптическим орбитам, близким к окружностям. Остановим свое внимание на третьей по счету планете от Солнца – Земле.

     Сведения  о строении, химическом и агрегатном составе Земли, особенно земной коры, служащей материальной основой нашего мира, являются необходимой частью культуры XXI века. Именно поэтому уже в средней школе даются основы знаний геологии на занятиях по географии.

     Геология  – одна из главных фундаментальных  наук естественного цикла, изучающая  строение Земли, вещественный состав земной коры и различные протекающие на ней процессы и явления.

     В данной работе мы рассмотрим как началась жизнь планеты и внутри нее.

     Земля – крупнейшая по диаметру, массе  и плотности среди планет земной группы. Чаще всего упоминается как Земля, планета Земля, мир. Единственное известное на данный момент тело Солнечной системы, в частности и Вселенной, населённое живыми существами.

     Поскольку поверхность планеты постоянно  изменялась в течение сотен миллионов  лет, континенты появлялись и разрушались. Континенты перемещались по поверхности, порой собираясь в суперконтинент. Приблизительно 750 млн лет назад, самый ранний из известных суперконтинентов — Родиния, стал раскалываться на части. Позже континенты объединились в Паннотию (600—540 млн лет назад), затем в последний из суперконтинентов — Пангею, который распался 180 миллионов лет назад.³

     Земля имеет слоистое внутренне строение. Она состоит из твердых силикатных оболочек (коры, крайней вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя – твердая.

     Земная кора – это верхняя часть твердой земли. От мантии она отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн. Существуют 2 типа коры – континентальная и океаническая. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30-50 км на континентах. В строении континентальной коры выделяют 3 геологического слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава, плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга.

     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 подъеме к поверхности земную кору.

     Мания составляет 67 % всей массы Земли и 83 % всего объема Земли. Она простирается от глубин 5-70 километров ниже границы  с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км. Мантия расположена в огромном диапазоне глубин, и с увеличением давления в веществе происходят фазовые переходы, при которых минералы приобретают все более плотную структуру. Наиболее значительное превращение происходит на глубине 660 км. Термодинамика этого фазового перехода такова, что мантийное вещество ниже этой границы не может проникнуть через неё, и наоборот. Выше границы 660 километров находится верхняя мантия, а ниже, соответственно, нижняя. Эти две части мантии имеют различный состав и физические свойства. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены, и число прямых данных весьма невелико, можно уверенно утверждать, что её состав со времен формирования Земли изменился значительно меньше, чем верхней мантии, породившей земную кору.

     Ядро  Земли состоит из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов.

2.2.Тектоника плит

     Земля, как Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые постепенно мигрируют по поверхности за периоды во много миллионов лет.

     Согласно  теории тектонических плит, внешняя часть Земли состоит из двух слоев: литосферы, включающей земную кору, и затвердевшей верхней части мантии. Под литосферой располагается астеносфера, составляющая внутреннюю часть мантии. Астеносфера ведёт себя как перегретая и чрезвычайно вязкая жидкость.

     Литосфера разбита на тектонические плиты, и как бы плавает по астеносфере. Плиты представляют собой жёсткие сегменты, которые двигаются относительно друг друга. Существует три типа их взаимного перемещения: конвергенция, дивергенция и сдвиговые перемещения по трансформным разломам. На разломах между тектоническими плитами могут происходить землетрясения, вулканическая активность, горообразование, образование океанских впадин.

     Крупнейшие  тектонические плиты: 

     Среди плит меньших размеров следует отметить индостанскую, арабскую, карибскую плиты, плиту Наска и плиту Скотия. Австралийская плита фактически слилась с Индостанской между 50 и 55 млн лет назад. Наибольшей скоростью перемещения обладают океанские плиты; так, плита Кокос движется со скоростью 75 мм в год, а тихоокеанская плита — со скоростью 52-69 мм в год. Самая низкая скорость у евразийской плиты — 21 мм в год.

2.3. Географическая оболочка

     Приповерхностные  части планеты (верхняя часть  литосферы, гидросфера, нижние слои атмосферы) в целом называются географической оболочкой и изучаются географией.

     Рельеф Земли очень разнообразен. Около 70,8 % поверхности планеты покрыто водой (в том числе континентальные шельфы). Подводная поверхность гористая, включает систему срединно-океанических хребтов, а также подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Оставшиеся 29,2 %, непокрытые водой, включают горы, пустыни, равнины, плоскогорья и др.

     В течение геологических периодов, поверхность планеты, из-за тектонических процессов и эрозии, постоянно изменяется. Рельеф тектонических плит формируется под воздействием выветривания, которое является следствием осадков, колебаний температур, химических воздействий. Ледники, береговая эрозия, образование коралловых рифов, столкновения с крупными метеоритами также влияют на изменение земной поверхности.

     При перемещении континентальных плит по планете, океаническое дно погружается под их надвигающиеся края. В то же время, поднимающееся из глубин вещество мантии, создаёт дивергентную границу на срединно-океанических хребтах. Совместно эти два процесса приводят к постоянному обновлению материала океанической плиты. Возраст большей части океанского дна меньше 100 млн лет. Древнейшая океаническая плита расположена в западной части Тихого океана, а её возраст составляет примерно 200 млн лет. Для сравнения, возраст старейших ископаемых, найденных на суше, достигает порядка 3 млрд лет.

     Континентальные плиты состоят из материала с  низкой плотностью, такого как вулканические гранит и андезит. Менее распространён базальт — плотная вулканическая порода, являющаяся основной составляющей океанического дна. Примерно 75 % поверхности материков покрыто осадочными породами, хотя эти породы составляют примерно 5 % земной коры. Третьими по распространённости на Земле породами являются метаморфические горные породы, сформировавшиеся в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород под действием высокого давления, высокой температуры или того и другого одновременно. Самые широко распространённые силикаты на поверхности Земли — это кварц, полевой шпат, амфибол, слюда, пироксен и оливин; карбонаты — кальцит (в известняке), арагонит и доломит.

     Педосфера представляет собой самый верхний слой литосферы, включает почву и процессы почвообразования. Она находится на границе между литосферой, атмосферой, гидросферой. На сегодня общая площадь культивируемых земель составляет 13,31 % поверхности суши, из которых лишь 4,71 % постоянно заняты сельскохозяйственными культурами. Примерно 40 % земной суши сегодня используется для пахотных угодьев и пастбищ, это примерно 1,3×10⁷ км² пахотных земель и 3,4×10⁷ км² пастбищ.

     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.

     Биосфера — это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосфера), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.⁴

3. БУДУЩЕЕ

     Будущее планеты тесно связано с будущим  Солнца. В результате накопления в ядре Солнца «отработанного» гелия, светимость звезды начнёт медленно возрастать. Яркость солнца возрастёт на 10 % в течение следующих 1,1 млрд лет и ещё на 40 % в течение следующих 3,5 млрд лет.Согласно некоторым климатическим моделям, увеличение количества солнечного излучения, падающего на поверхность Земли, приведёт к катастрофическим последствиям, включая возможность полного испарения всех океанов.

     Повышение температуры поверхности Земли  ускорит неорганическую циркуляцию CO₂, уменьшив его концентрацию до смертельного для растений уровня (10 ppm для C4-фотосинтеза) за 900 млн лет. Но даже если бы Солнце было вечно и неизменно, то продолжающееся внутреннее охлаждение Земли могло бы привести к потере большей части атмосферы и океанов (из-за понижения вулканической активности) Ещё через миллиард лет вода с поверхности планеты исчезнет полностью.

     Через 5 миллиардов лет Солнце превратится в красного гиганта. Модель показывает, что Солнце увеличится в диаметре на величину, равную примерно 99 % нынешней дистанции до орбиты Земли (1 а. е.). Однако к тому времени орбита Земли может увеличиться до 1,7 а. е., поскольку ослабнет притяжение Солнца из-за уменьшения массы. И хотя Земля сможет избежать поглощения внешними оболочками Солнца, большая часть живых организмов (если не все) исчезнет в результате катастрофической близости к звезде. В дальнейшем Солнце сбросит оболочки и станет белым карликом. Если Земля сумеет пережить сброс оболочек, то останется существовать ещё многие миллиарды (и даже триллионы) лет, до тех пор пока будет существовать Вселенная.⁵

Заключение

     Со  времени более 4,5 млрд лет назад, когда после «большого взрыва» из скоплений твердых обломков, пыли и газа родилась наша планета Земля и до настоящего времени она прошла длительный и поступательный путь развития.

     Интервал времени от 15 до 4 млрд лет назад ушел на формирование Земли как планеты со спутником Луной. Около 4,5 млрд лет назад интенсивная бомбардировка земной поверхности, вероятно, привела к образованию кратеров, разогреву поверхностного слоя Земли и заполнению из базальтами. Появление воды и кислорода обогатило геологические процессы, протекавшие на поверхности молодой планеты.

     Эволюция  Земли и окружающего мира способствовала возникновению и появлению жизни  на ее поверхности. Очевидно, колыбелью  органической жизни явились барьеры между атмосферой – гидросферой и литосферой, в месте контакта этих буферов на береговой линии. Наиболее ранние организмы были представлены бактериями.

     Пройдя  все этапы развития Земли, которые были по-своему уникальны и разнообразны, самым главным событием в эволюции является расцвет млекопитающих и появление человека.

Использованная  литература

1. О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков, Происхождение и эволюция жизни на Земле М., 1997г.
2. Изд-во МГУ, Развитие Земли, М:, 2002г.
3. М.М. Дагаев, В.М. Чаругин, Астрофизика, Просвещение, М., 1988г.
4. И.А. Карлович, Геология, М., 2005г.