Планета земля: образование и развитие

ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ: ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Образование планеты  Земля.

2. Образование Мирового  океана и суши.

3. Эра оледенения.

4. Эпохи складчатости, современное состояние. 

5. Устройство  земных плит.

6. Вулканы.

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Вторая половина ХХ в. ознаменовалась бесспорными достижениями в изучении не только Земли, но и всех планет Солнечной системы. Решающими факторами были успехи в технике и технологиях. Человечество впервые за свою историю сумело взглянуть на Землю со стороны, побывать на Луне, получить детальные изображения всех планет, сфотографировать астероиды, изучить метеориты и обосновать их принадлежность к некоторым планетам, например, к Марсу. Благодаря изобретению эхолота и спутниковых наблюдений исследователи составили полное представление о рельефе океанского дна.

Глубокое бурение на суше и глубоководное в океанах  и морях позволило составить представление о строении осадочных океанских толщ и пройти на Балтийском щите поверхность Конрада.

Погружение в глубины  океанов и озер, в частности, Байкала, привело к открытию века – обнаружению «работающих фабрик» руды, т.н. черных курильщиков. Палеомагнитология дала нам возможность реконструировать движение материковых плит и доказать разрастание океанического дна. Детальное изучение осадочного чехла океанов привело к совершенно новому представлению об осадконакоплении, особенно биогенному. Изобретение микрозондов и других приборов для точной диагностики минералов и их химического и изотопного составов открыло невиданные возможности в петрологии.

В 1944 была опубликована статья Шмидта О.Ю. о «Метеоритной теории происхождения Земли и планет», положившая начало многочисленным исследованиям по развитию теории образования Земли и планет из твёрдых частиц вращающегося газопылевого облака, захваченного Солнцем. В 1949 были изданы «Четыре лекции о теории происхождения Земли»¹.

Хэролд (Гарольд) Клейтон  ЮРИ (США) физик и физикохимик  и Г.Зюсс впервые использовали химические данные при рассмотрение происхождения и эволюции Солнечной системы, отверг теорию образования Земли и планет из первоначального расплавленного вещества. Одни из первых рассмотрел итермическую теорию образования планет, считая, что они возникли как холодные объекты путем аккреции (гравитационного захвата и последующего падения на протопланетный зародыш).

В 1957 году состоялся Международный  симпозиум «Возникновение жизни  на Земле». Считается, что Земля образовалась около 4,6 млрд. лет назад в результате концентрации холодного (10-20К) вещества газопылевой туманности и соударения твердых космических образований (планетозималей). Возраст самых древних осадочных пород состовляет 3960 млн.лет.

Первая атмосфера  была водородо-геливая, но в процессе образования ядра Земли примерно за 100-300 млн. лет температура атмосферы достигла 800-900К и за 50 тыс.лет водород рассеился. С разогревом Земли в атмосферу выделялись газы (газовыделение и извержение вулканов). Потеря водородной оболочки привела к уменьшению давления в ядре, плавлению некоторых пород и ускорению газовыделения. Уход водорода привел к охлаждению асмосферы у поверхности Земли. В результате сформировалась первичная атмосфера из метана, аммиака и паров воды.

Согласно современным  представлениям, планеты земного  типа (Меркурий, Венера, Земля и Марс) сформировались в результате процессов, включающих, во-первых, конденсацию мелких минеральных пылинок в газовом протопланетном облаке, окружающем молодое Солнце, и, во-вторых, механическую аккрецию этих минеральных пылинок в планеты.

Все эти факторы и обусловили актуальность и значимость нашего исследования.

Целью работы является изучить особенности образования и развития планеты Земля.

В процессе написания  работы, нами были выдвинуты следующие задачи:

1. проанализировать теории образования планеты Земля;

2. рассмотреть предпосылки образование Мирового океана и суши;

3. изучить эру оледенения;

4. рассмотреть современное состояние эпохи складчатости;

5. выявить особенности  устройства земных плит и процессы  вулканизации.

Объектом исследования является образование и развитие планеты земля.

Методы исследования:

1. изучение, обработка и анализ научных источников по проблеме исследования;
2. анализ научной литературы, учебников и пособий по естествознанию, геологии, биологии, географии.

Теоретическая база исследования. В работе использованы труды известных зарубежных и отечественных ученых, занимающихся проблемами в частности, таких авторов, как Виноградова А.П., Рябинина Г.А., Гумилева Л.Н., Мелекесцева И.В., Дубнищевой Т.Я., Косминской И.П., Зверева С.М., Вейцмана П.С., Кэри У., Небела Б. и др.

1. Образование планеты Земля.

Отвечая на вопрос, когда  возникла на Земле жизнь, мы получили довольно убедительный ответ – 3.8-4.0 млрд. лет назад. При этом есть все  основания предположить, что Земля 4 млрд. лет назад уже окончательно сформировалась как планета и даже приобрела и удерживала своим гравитационным полем вторичную атмосферу².

Можно считать доказанным (с большой степенью вероятности), что Земля, как и другие планеты  Солнечной системы, в этот период получила из Космоса значительный запас «биостроительного материала» для жизни, в виде белковых «полуфабрикатов» и простейших форм организмов. А дальше, видимо, эволюция жизни на Земле характеризовалась тенденцией к постепенному ускорению с определенным чередованием относительно коротких периодов ароморфозов (морфофизиологический прогресс, - возникновение в ходе эволюции признаков, повышающих уровень организации живых существ) и последующих длительных периодов идиоадаптации (частные приспособления живого мира, позволяющие освоить специфические условия среды).

Как это было на самом  деле, не знает никто, но попытаться построить наиболее правдоподобную модель этого процесса (по тому богатейшему  материалу, которым располагает  современная наука) все же  можно. При построении общей схемы геохронологической эволюционной шкалы Земли было использовано старое (традиционное) наименование эр, что видимо уже несколько устарело в связи с вышеизложенным, особенно на ранней стадии развития жизни на нашей планете, в эру Катархея и Архея. 

Таблица 1

Геохронологическая  эволюционная шкала  Земли 

         Итак, 3.8 млрд. лет назад (спустя всего лишь несколько сотен млн. лет после образования планеты) на Земле уже кипела жизнь, т.е. на миллиард с лишним лет раньше, чем это было принято считать до сих пор.

Вместе с тем 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.

На рисунке 1 показана наша Земля такой, какой ее видели астронавты из космоса. Они обратили внимание, какой приветливой, и в то же время одинокой казалась наша Земля. Этот взгляд из космоса, а так же исследования, проведенные на Земле, обогатили наше понимание планеты Земля.

Рис. 1. Земля из космоса

Изменения в фигуре Земли  накапливались десятками миллионов лет. Преимущественное расширение Земли в сторону Южного полушария наглядно демонстрируется на фигурах Южной Америки, Африки, Австралии и др., острия клиньев которых направлены на Южный полюс.

История Земли составлена двумя  последовательными событиями, двумя частями.

Событие первое: образование тела Земли из материала взорвавшейся Звезды. Если период строительства прошел относительно быстро (5-10 млн. лет.), то на ее выход из шокового состояния после грандиозной катастрофы потребовалось 100-200 млн. лет – время вхождения в автономную стадию развития. Шла опрессовка маленькой рыхлой планеты. Накапливалось собственное тепло.

Первоначальный размер Земли можно  представить, если собрать воедино архейские земли, разбросанные сегодня небольшими плитками по всей ее поверхности. Первоначальный вид не совсем круглой планеты определялся большими и малыми перепадами высот с пологими и крутыми переходами одна к другой без горизонтальных равнин³.

Первородное тело Земли было сложено  раздробленным, многократно перемолотым материалом из звездного архея. Небольшая планета представляла сплошную брекчию, с небольшими качественными изменениями по глубине, определяемыми, в основном, все более поздним подходом материала из зон образования Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Основной состав первичной Земли - анортозитовый, что характерно и для Луны. Мощные отложения железистых кварцитов в морях докембрия - является свидетельством богатства первичного материала соединениями железа (по всему объему Земли). Железо присутствует в виде мелких частиц и в дисперсном состоянии (как и на Луне).

Огромное количество маггемита на севере Сибири свидетельствует о большой составляющей железа в теле Земли, что не может не иметь отношения к образованию магнитного поля Земли и Сибирской магнитной аномалии. В количественном отношении железо, как и другие металлы, должно распределятся по планетам земной группы в порядке возрастания расстояний от Меркурия к поясу астероидов, что связано с ударно-скоростной дифференциацией вещества.

Вода. Обилие воды на телах  Солнечной системы прослеживается всюду. Ею буквально залиты и планеты, и спутники. Вода найдена в атмосферах звезд. В другом случае вода обнаружена в газопылевом диске, обращающемся вокруг звезды. На телах планет земной группы воды все больше по мере удаления от Солнца. Ранняя Земля была пропитана водой от центра до поверхности. Еще больше воды на Марсе и в Поясе астероидов.

Водная составляющая является неотъемлемой частью всех тел Солнечной системы за исключением Меркурия и, наверное, Венеры⁴.

Однородный шар ранней Земли. Как прямое указание на однородный состав не только ранней, но и современной Земли (по горизонту) является постоянство соотношения 3Не/4Не по всей длине срединно-океанических хребтов мирового океана протяженностью 60000 км (длина экватора 40000 км.). Солнечный гелий 3Не (гелий-3) выделяется из мантии Земли одновременно с земным 4Не (гелий-4). То же самое происходит и по всему Тихоокеанскому кольцу.

Природа появления солнечного гелия в земной мантии совершенно очевидна. Совершенно очевидно и нахождение в мантии Земли алмазов. Алмазы образовались при взрыве Звезды под чудовищным давлением около триллиона атмосфер. (В центре нашего Солнца в спокойном состоянии 220 млрд. атм.). Естественно, что алмазы старше Земли, как сложившегося тела. Вместе с тем обнаружены 2 алмаза возрастом 9 млрд. лет. Надо полагать, что эти алмазы образовались до взрыва, вся остальная их масса - во время взрыва. Возраст самых древних алмазов говорит о том, что взорвавшейся Звезде было не менее 9 млрд. лет.

Ядро Земли. Железоникелевого ядра в центре Земли не было и нет. Современное ядро – спрессованная брекчия из известных горных пород под давлением около 4 млн.атм. В центре Земли невесомость и железо, даже расплавленное, никак туда устремиться не может. Железо должно находится в области максимальной силы тяжести и представлять собой полую сферу со стенкой определенной толщины. По многим признакам такая сфера была в ядре взорвавшейся Звезды, внутри которой произошел ядерный взрыв.

Все полезные ископаемые в древних землях имеют звездное происхождение. На основе урановых залежей, установленных только в древних землях, возникает предположение, что взрыв Звезды был ядерным.

Разогрев земных недр произошел на основе радиоактивного звездного материала. Особенно мощные его проявления связаны с трапповым магматизмом.

Так сложилась первая часть истории Земли.

Часть первая - звездная.

Часть вторая - земная.

Вторая часть начинается с момента, когда после долгого  молчаливого бега вокруг Солнца Земля вдруг вздрогнула и раздался подземный гул от прорывающегося наверх вулкана.

Сердце Земли - тепловая машина заработала. Началась земная часть Истории. Закладывались условия формирования Жизни⁵.

Рис. 2 Строение Земли

По мере уплотнения Земли вода стала появляться на поверхности, образуя небольшие водоемы. В перигелии орбиты и вода, и земля прогревались до высоких температур. В зонах повышенного скопления радиоактивного материала появилась первые очаги тепла. В разных местах планеты возникали фонтанирующие вулканы, великолепные образцы которых демонстрируются в наше время на Ио, ближайшем большом спутнике Юпитера.

Все, что происходит на Ио, является копией прошлого Земли: и ее первоначальный вид, и незрелые вулканы, и первые слабые потоки лавы и горячей воды. Глядя на извергающиеся вулканы и на поверхность спутника, можно безошибочно писать раннюю историю Земли⁶.

2. Образование Мирового океана и суши.

Возраст Земли составляет 5 - 7 млрд. лет. Все планеты проходят стадию раскаленного тела, температура  на поверхности Земли в это время была более 4000 градусов Цельсия. Когда температура снизилась и стала меньше 100 градусов Цельсия, вода, находившаяся в первичной атмосфере Земли образовала мировой океан. В первичной атмосфере не было кислорода, атмосфера была "восстановительной". В ней были пары воды, аммиак, сероводород, метан, двуокись углерода, водород.

Большая часть поверхности  Земли занята Мировым около (361,1 млн. км2; 70,8%); суша составляет 149,1 млн. км2 (29,2%) и образует шесть материков и острова.

Согласно самой распространенной гипотезе, Земля возникла из вращающейся раскаленной газовой туманности, которая, постепенно охлаждаясь и сжимаясь, достигла огненно-жидкого состояния, а затем на ней образовалась кора. Состояние земной коры определяется силами напряжения и деформации, вызванными охлаждением и сжатием внутренней массы Земли.

По другой теории, выдвинутой в начале нашего века американскими  учеными Т.Ч. Чемберленом и Ф.Р. Мултоном, Земля первоначально представляла собой массу газа, извергнутого под  действием приливных сил из поверхности Солнца⁷. Одновременно высвобождались мелкие частицы газа, которые, быстро сгущаясь, превращались в твердые тела, называемые планетезималями. Обладая большой силой тяжести, земная масса притягивала их.

Таким образом, Земля  достигла современных размеров благодаря процессу наращения, а не в результате сжатия, как утверждает первая гипотеза.

Почти все гипотезы сходятся на том, что образование океанических бассейнов было вызвано двумя  главными причинами: во-первых, перераспределением пород различной плотности, происходившим в период отвердевания земной коры, и, во-вторых, взаимодействием сил в недрах сжимающейся Земли, которое вызвало революционные изменения в рельефе поверхности.

Оригинальна гипотеза происхождения  материков и океанов, связанная с именем австрийского геолога Альфреда Лотара Вегенера. Ученый считал, что в какой-то момент истории Земли равномерный слой сиаля скопился на одной стороне. Так возник материк Пангея. Вегенер высказал предположение, что эта масса сиаля держалась на поверхности более плотного слоя симы. Когда сиаль стал распадаться на части, горизонтальное движение материков вызвало изгибание передних краев сиаля. Этим можно объяснить происхождение таких высоких прибрежных горных цепей, как Анды и Скалистые горы⁸.

Хотя происхождение  океанических бассейнов остается пока тайной, картину того, как они  заполнялись водой и как появлялись и исчезали океаны в геологическом  прошлом Земли, можно представить  себе более или менее точно.

После образования земной коры, ее поверхность начала быстро охлаждаться, так как тепло, получаемое ею из недр Земли, недостаточно компенсировало потерю тепла, излучаемого в пространство. По мере охлаждения водяные пары, окружавшие Землю, образовали облачный покров. Когда температура упала до уровня, при котором влага превратилась в воду, пролились первые дожди.

Дожди, веками низвергавшиеся на поверхность Земли, были главным  источником воды, которая заполнила  океанические впадины. Море, таким образом, было детищем атмосферы, в свою очередь представлявшей собой газообразные выделения древней Земли. Часть воды поступала из недр Земли.

На Земле начал действовать  процесс эрозии, или размыва. Этот процесс оказал глубокое воздействие  на эволюцию суши и моря. Очертания  морей, а вместе с ними и контуры океанов постоянно менялись. В результате эрозии и движения земной коры создавались новые моря, а дно старых поднималось и превращалось в сушу.

По мере того как из-за постепенной потери тепла расплавленные  недра Земли уменьшались в  объеме, происходило горизонтальное сжатие коры, которая деформировалась. Возникали складчатые горные цепи, оседания коры.

В результате повторяющихся  циклов сжатия и ослабления очертания  больших океанических бассейнов  претерпевали значительные изменения. 
Очертания Мирового океана в первый период палеозойской эры - кембрийский, возраст которого исчисляется почти 500 миллионами лет, были совершенно не похожи на современные. Тихий океан, представлявший, возможно, рубец на земной коре, имел почти такие же очертания, как и теперь. Однако другие океаны захватывали большие районы, занятые теперь сушей.

В настоящее время  на всех континентах нашей планеты  обнаружены области так называемого  архейского щита, вероятно, представляющего  собой остатки наиболее древних  участков суши.

Как оказалось, в пределах этих зон слагающие кору породы имеют возраст близкий к 4 млрд. лет: Африка, Гренландия, Карелия и Украина – 3.5 млрд. лет; Сибирь – 3.8-4.0 млрд. лет; Северная Канада – до 4 млрд. лет; Западная Австралия – 4.1 млрд. лет; Антарктида и Южная Африка – до 4 млрд. лет⁹.

Таким образом, в целом  континентальная кора имеет возраст  около 4 млрд. лет и вопрос этот больше учеными не обсуждается. Значит только с этого момента можно говорить о возможности протожизни на Земле. Около 500-600 млн. лет с момента образования Земли (4.5 млрд. лет назад), на ее поверхности шли бурные процессы метаморфизации и образование базальтов и гранитов.

3. Эра оледенения.

"Породы хранят свидетельства  о периоде главной ледниковой  эпохи, первой, существование которой твердо доказано" ..."почему на Земле установилось тепловое равновесие ? ..."¹⁰.

Со времен первых оборотов осколочной материи после взрыва и до мезозоя (240 млн.лет) Земля формировалась, а затем и пребывала в режиме отрицательного температурного годового баланса, то есть всегда находилась в условиях оледенения. В заключительной стадии особенно мощное и длительное оно приходится на карбоно-пермский период, после которого 240 млн. лет тому назад началось беспрецедентное таяние глобального ледника и наступление талой вода на сушу, закончившееся величайшей трансгрессией в меловом периоде. Это особое и неповторимое явление в истории Земли.

При первоначальном эксцентриситете  земной орбиты е=0,253 примерно 2/3 года Земля находилась в режиме оледенения. С учетом весны и осени на лето оставалось около 40 суток. Жаркое лето было коротким из-за быстрого прохождения Землей перигелия орбиты на большой скорости 39 км/сек, с уменьшением ее к афелию до 23 км/сек. Большей частью времени Земля находилась в режиме обмерзания, чем в золе оттаивания.

По мере того, как происходил внутренний разогрев планеты и прибавление воды, ее все новые и новые количества, испаряясь горячим летом, поднимались вверх, растекаясь по обе стороны от экватора в полярные области, где выпадали мощными потоками дождей и снега, наращивая ледяной панцирь Земли. Прибавление глобального ледника происходило сотнями миллионов лет. Однако, в относительно узкой экваториальной полосе всегда существовали условия для возникновения жизни, как только Земля "обзавелась" собственной водой в открытых бассейнах. На юной, первородной Земле, когда элементы веществ еще не были объединены связями взаимодействий, необходимые их сочетания для производства органической среды давались гораздо проще, чем сегодня.

Начало глобального  таяния глобального ледника связано с уменьшением эксцентриситета земной орбиты. Холодный афелий приблизился к Солнцу настолько, что установился положительный температурный режим атмосферы (тепловое равновесие). По этой причине не состоялось ожидаемое очередное оледенение в Юрском периоде, оледенение, которого уже не могло быть. С самого начала своего образования на Земле не было смены времен года. Этот период времени в её истории отличался четким распределением температурных широтных полос параллельно экватору.

Предельно большие и  предельно низкие температуры возникали, естественно, в полосе экватора и в полярных областях. Однако и на одном только экваторе температура изменялась в широких пределах +145 до 0°С. в подсолнечной точке, так как при эксцентриситете орбиты е=0,253 Земля приближалась к Солнцу до 112 млн. км и удалялась до 188 млн. км (сегодня соответственно не ближе 147 млн.км и не далее 152 млн. км)¹¹.

В афелии Земля промерзала не только из-за большой удаленности от Солнца, но и из-за увеличения времени прохождения второй половины эллипса в связи с замедлением орбитальной скорости. По мере уменьшения наклонения земной орбиты сначала обозначились, а затем все более контрастными становились времена года с холодными зимами и жаркими летами, без которых Земля и не мыслится, а в памяти человечества ассоциируется с раз и навсегда заведенным вечным порядком в природе.

4. Эпохи складчатости, современное состояние.

Эпохам складчатости и горообразования присущи следующие  черты¹²:

- широкое развитие  горообразовательных движений в  геос. областях, колебательных движений  на платформах;

- проявление мощного  интрузивного, а затем и эффузивного  магматизма;

- поднятие окраин платформ, прилегающих к эпиогеосинклинальным  областям, регрессии эпиконтинентальных морей и усложнение рельефов суши;

- континентализация климатов, успокоение климатических условий,  усиление зональности, расширение  пустынь и появление областей  континентального оледенения (в  горах и у помостов).

- ухудшение условий  для развития органического мира, в результате чего происходит вымирание господствующих и высокоспециализированных форм и появление новых.

Сжатие континентальной  земной коры, происходящее при коллизии литосферных плит, приводит к возникновению  протяженных поясов складчатых гор. Слагающие их породы либо смяты в складки двух типов (выпуклые гребневидные антиклинали и вогнутые желобообразные синклинали), либо одни блоки горных пород надвинуты на другие по системе разломов.

В центральной  и южной частях Аппалачских гор в Северной Америке встречаются оба типа тектонических структур – сбросовые деформации на востоке, в геологической провинции Блу-Ридж (наиболее распространены на западе Северной Каролины), и складчатые – на западе, в геологической провинции Долин и хребтов (лучше всего эти структуры выражены на территории Пенсильвании, Западной Виргинии и на востоке Теннесси). Сжатие, обусловившее возникновение этих структур, происходило в конце палеозойской эры, ок. 250 млн. лет назад, при столкновении Африканской плиты с Северо-Американской плитой. Тектонические процессы, под воздействием которых формируются складчатые горы, называют орогеническими.

Два с половиной миллиарда  лет назад древние платформы  закончили свое формирование и, с  тех пор, практически не менялись. К ним относятся Восточноевропейская, Сибирская, Восточно-китайская и другие.

Итак, древние платформы, подобно льдинам, дрейфовали, да и  теперь дрейфуют со скоростью от 2-3 до 10 см в год, по поверхности полужидкой мантии Земли в окружении более  мелких образований, сходных с ледяной шугой. В зонах столкновения платформ земная кора прогибается, сминается в складки, трескается. По трещинам, их геологи называют тектоническими разломами, поднимается расплавленная магма, и начинают действовать вулканы. Обратите внимание, вулканы обычно образуются в стороне от линии столкновения платформ, по которым располагаются главные хребты (рис. 3 и 4)¹³.

Рис. 3. Столкновение платформ и прогибание земной коры на I этапе эпохи складчатости.

Рис. 4. Возникновение гор. II этап складчатости.

Они приурочены к разломам, отделяющим нетронутую часть платформы от вовлеченной  в прогибание. Так, например, расположены  Эльбрус, Казбек, Арарат, Арагац, вулканы  Дальнего Востока. После прогибания, в зоне столкновения платформ, формируются горные хребты.