Методическая разработка для лекций по теме «История геологического развития Земли» дисциплины «Концепции современного естествознания»

Кислинский В.Б.
Сызранский филиал
ФГБОУ ВПО
«Самарский государственный экономический университет»
2016 год

Внутреннее строение и история геологического развития Земли.

Рассмотренные ранее физические, космологические, химические концепции дают основание перейти к представлениям о планете Земля, её происхождении и строении.
Давно минули те времена, когда мудрецы и жрецы древнейших цивилизаций – вавилоняне, египтяне, евреи, древние греки – считали, что их Земля – плоская, что лежит она под небесным сводом, по которому проходят бог – Солнце, Луна, пять богов – планет и звезды. Дальше небесного свода находится область Духа и царство Огня. На заре золотого века древнегреческой философии, в VI веке до н.э., Пифагор пришёл к выводу, что Земля имеет форму шара; это же доказывал его ученик Парменид. Аристотель также утверждал, что Земля непременно должна быть шарообразной, так как корпуса удаляющихся кораблей уходят ниже горизонта, а их мачты остаются видны; с приближающегося к суше корабля сначала видят вершины гор, а потом уже более низкие участки суши, горизонт выгибается дугой, а во время затмений тень Земли на лунном диске имеет круглую форму.
Шли годы, века, пока человек научился выявлять природу и свойства Земли – объекта, который был его колыбелью. Наступило время, когда геология – наука о составе, строении, истории земной коры – стала создавать геологическую картину Земли.

1. Форма и размеры Земли.
В 1522 году португальский мореплаватель Фернан Магеллан совершил первое кругосветное путешествие, в ходе которого он обогнул всю Землю и доказал наличие единого Мирового океана. Тем самым была подтверждена шарообразность Земли. Точная форма Земли определялась ещё на протяжении нескольких столетий. Лишь в XX веке с помощью приборов, установленных на искусственных спутниках Земли, удалось окончательно определить, что Земля – не вполне правильный шар. Она немного сжата у полюсов и несколько вытянута к Северному полюсу. Такая фигура называется геоид. Термин для обозначения фигуры Земли был введен в 1873 году немецким физиком И. Листингом. Сжатие у полюсов объясняется вращением Земли вокруг своей оси. Вытянутость Земли к Северному полюсу до сих пор окончательного объяснения не получила. Окружность Земли по экватору равна 40075,7 км, окружность по меридиану – 40008,5 км.
Масса Земли была вычислена на основе закона всемирного тяготения в опытах Г. Кавендиша с крутильными весами, на которых он измерял, с какой силой большой свинцовый шар притягивает к себе маленькие свинцовые шарики, а затем сравнивал эту силу с силой притяжения маленьких шариков Землей, т.е. с их весом. Этот опыт был проведен в 1798 году. Масса Земли оказалось равной 5976*1021кг.
Из приблизительно 510 млн. кв. км поверхности планеты на долю суши приходится 149 млн. кв. км, или около 29%, так что правильнее было бы назвать нашу планету не Землёй, а Океаном.
Средняя плотность вещества нашей планеты равна 5,517 г/см3. Плотность земной коры примерно вдвое меньше. Это свидетельствует о более высокой плотности вещества в центральных частях планеты.
Земной шар подобно другим планетам, движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, большую полуось которой (или среднее расстояние между центрами Земли и Солнца) в астрономии принято употреблять в качестве астрономической единицы длины для измерения расстояний между небесными телами в Солнечной системе: f астрономическая единица равна 149597892 км. Истинное расстояние Земли от Солнца в различных точках орбиты неодинаково: в перигелии (3 января) оно приблизительно на 2,5 млн. км меньше, а в афелии (3 июля) - на столько же больше.
Плоскость земной орбиты в астрономии принята за основную и называется плоскостью эклиптики, а её проекция на звёздное небо называется линией эклиптики.
Один оборот по орбите Земля завершает в течение года, обращаясь к Солнцу своим Северным полушарием в одних участках орбиты, а Южным – в других. В практической деятельности людей важно точно знать продолжительность года как периода смены сезонов. Средний период времени между двумя последовательными моментами весеннего равноденствия в Северном полушарии Земли называется тропическим годом и насчитывает 365 дней 5 часов 48 минут 46 секунд.
Суточное вращение земного шара происходит с практически постоянной угловой скоростью с периодом 23 часа 56 минут 04,099 секунды по отношению к далёким звёздам. Это – продолжительность звёздных суток, количество которых в году ровно на одни больше, чем солнечных, средняя продолжительность которых насчитывает 24 часа 00 минут 00 секунд среднего солнечного времени.
Ось суточного вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости земной орбиты на угол 2313 EMBED Equation.3 141527 и направлена своим северным концом приблизительно на звезду Альфа Малой Медведицы, которая в нашу эпоху считается Полярной.

2. История геологических концепций.
Первые концепции появления и развития нашей планеты появились в Новое время в рамках космогонических теорий. Так, Ж.Л. Бюффон считал, что планеты образовались вследствие сильного удара кометы о Солнце, отщепившего от Солнца часть его вещества. Вначале планеты пребывали в расплавленном состоянии, затем постепенно остыли. Из водяных паров, захваченных из солнечной атмосферы, образовался океан.
Огромное влияние на формирование научной геологии оказали работы М.В. Ломоносова, который установил принцип актуализма (униформизма), определил решающую роль внутреннего тепла Земли, поднятия и опускания суши и весьма древний возраст Земли. Он первым понял, что образование складок и разломов, а также поднятие слоев были медленными и незаметными процессами.
Позднее два великих геолога саксонец А. Вернер и шотландец Д. Геттон сформулировали две противоположные концепции развития Земли:
- Вернер полагал, что воды морских пучин и потопов, затоплявшие сушу, сформировали и создали все земные породы посредством осаждения, кристаллизации и эрозии (нептунизм);
- Геттон считал, что основной причиной их образования было тепло глубоких недр Земли, проявлявшееся в вулканах, землетрясениях и вертикальных движениях суши (плутонизм).
Отметим, что после 1834 года, когда образовалось Шотландское геологическое общество, плутонизм окончательно утвердился как доминирующая концепция, по которой Земля была движимой теплом машиной, подобно паровому двигателю Уатта, организмом с циклами распада и возобновления энергии; Земля рассматривалась как химический завод с набором элементов, изменяющихся циклически.
Следующим этапом достижения адекватного понимания геологических процессов была формулировка концепций «катастрофизма» и «униформизма».
В конце XVIII – начале XIX века огромной популярностью пользовался катастрофизм, который рассматривал геологическую историю Земли как череду эпох относительного покоя, сменяющихся сравнительно быстрыми глобальными катастрофами, кардинально меняющими облик планеты. Большую роль в распространении этих идей, находивших поддержку и со стороны церкви, сыграл Ж. Кювье, который считал, что при смене геологических эпох происходила и смена органического мира нашей планеты. Старые организмы гибли в результате катастрофы, а вместо них в результате очередного акта божественного творения появлялись новые.
Ставший практически общепризнанным к началу 30-х годов XIX века катастрофизм был подвергнут сокрушительной критике английским естествоиспытателем Ч. Лайелем в его книге «Основы геологии». Свое учение Лайель построил, опираясь на три положения:
единообразие протекающих на Земле процессов в течение длительного геологического времени;
непрерывность действия природных явлений;
суммирование действия этих незначительных процессов, приводящих к огромным преобразованиям лика Земли по истечении огромного промежутка времени.
Данная точка зрения и получила название «униформизма». В середине XIX века униформизм также был подвергнут критике за отрицание качественных изменений, прогрессивного развития в геологической истории Земли. Он был заменён принципом эволюционного развития Земли и её обитателей. В утверждении новых взглядов огромную роль сыграли работы Ч. Дарвина и его последователей.
Параллельно развитию общегеологических концепций развивалась тектоника – важнейшая часть геологической науки.
Тектоника – отрасль геологии, изучающая структуру земной коры и её изменения под влиянием механических движений и деформаций, связанных с развитием Земли в целом.
Ещё в античности было известно, что земная поверхность не находится в покое, а поднимается и опускается. Об этом свидетельствовали найденные окаменелые морские раковины на значительной высоте над уровнем моря. Поэтому во 2-й половине XIX века было общепризнано, что ведущая роль в развитии земной коры принадлежит её вертикальным движениям – поднятиям и опусканиям. Но к концу XIX века появилась контракционная гипотеза, предложенная де Бомоном и Зюссом. В ней рассматриваются горизонтальные движения земной коры, совершающиеся вследствие постепенного уменьшения радиуса Земли и поверхности земной коры, которые идут из-за остывания Земли. Формирование горных хребтов связано с неравномерным сокращением различных частей Земли.
В конце XIX – начале XX в. контракционная гипотеза пользовалась всеобщим признанием, но в дальнейшем она утратила своё значение, уступив место концепции геосинклиналей и платформ.
Геосинклиналь – это узкий и глубокий прогиб земной коры длиной в несколько сот километров.
Эти геосинклинали образуют систему прогибов и поднятий земной коры, отделённых друг от друга глубинными разломами. Они объединяются в геосинклинальные пояса, располагающиеся либо между древними континентальными платформами, либо между платформами и ложем океана.
Платформы – это устойчивые участки земной коры.
Тогда же появились новые модели развития Земли: гипотеза расширения Земли О. Хильгенберга, пульсационная гипотеза (поочерёдное сжатие и расширение Земли) М.А. Усова и В.А. Обручева. Но особый интерес вызвала гипотеза дрейфа материков А. Вегенера, выдвинутая в 1912 году. Исходным фактом его гипотезы стало удивительное сходство очертаний материков, особенно Южной Америки и Африки, ныне разделенных Атлантическим океаном. Далее Вегенер обратил внимание на поразительное сходство ископаемых флор и фаун этих материков, а также Австралии и Индостана. Кроме того, он впервые обратил внимание на принципиальную разницу континентальной коры, сложенной из гранитов и океанической коры, состоящей в основном из базальтов. Он пришёл к выводу, что около 225 млн. лет назад все материки были объединены в один суперконтинент, который назвал Пангеей. Затем, примерно 180 млн. лет назад, Пангея раскололась, а её части под влиянием вращения Земли и приливных сил заняли современное положение. Так оформилось новое течение в теоретической тектонике – мобилизм. В 60-х годах XX века были достигнуты значительные успехи в изучении земной коры. При исследовании океанов была открыта мировая система среднеокеанических хребтов и большой глобальной расщелины, которая делит земную кору на крупные пласты, достигающие нескольких тысяч километров в поперечнике и толщины от 70 до 150 км. Эти пласты получили название тектонических плит.
Обнаружение тектонических плит подтвердило дрейф континентов, но не по принципу Вегенера. Континенты не плыли и не дрейфовали по базальту. Определённый континент вместе с частями прилегающего морского дна был неотъемлемой частью определенной плиты. При движении плит перемещались и континенты. Скорость их движения составляет от 2 до 18 см в год. Естественно, что если две плиты расталкиваются в разные стороны, другие концы этих плит толкают соседние плиты. Когда тектонические плиты раздвигаются или соединяются, поднимаются горы, опускается морское дно, расширяются океаны, разделяются или соединяются континенты.

3. Геодинамические процессы.
Большое значение для развития геологии имело учение о геодинамических процессах, совершающихся в недрах и на поверхности Земли. Их можно классифицировать следующим образом:
эндогенные процессы
Геодинамика
экзогенные процессы
Рис. 9.1.
Процессы, связанные с внешней динамикой, порождаемые поступающей на Землю солнечной энергией, называются экзогенными.
К ним относятся: выветривание, заболачивание, работа ветра, деятельность атмосферных вод, водных потоков, морей, а также оползни, лавины, обвалы и др.
Наиболее распространенным экзогенным процессом является выветривание – процесс преобразования горных пород под действием колебаний температуры, химического воздействия воды, газов и органических веществ. Огромную роль в выветривании играет ветер, выдувающий и разносящий рыхлые частицы горных пород. В результате образуются пески, барханы и т.д.
Внешние экзогенные процессы происходят на поверхности Земли при давлениях и температурах, близких к нормальным. Поэтому они доступнее для изучения, чем эндогенные.
Эндогенными называют процессы, связанные с внутренней динамикой Земли.
Они происходят в глубинных слоях земной коры и верхней мантии. Их изучение вызывает большие трудности. Наиболее ярко выраженными эндогенными процессами являются вулканизм и землетрясения.
Движение тектонических плит имеет грандиозные последствия. Линии, по которым стыкуются плиты, - эквивалент трещин в земной коре. Они представляют собой слабые места, через которые тепло и расплавленный камень, находящийся под корой, могут выйти наверх. Такое тепло может согревать грунтовые воды, образовывать выходы пара и горячие источники. Иногда вода может нагреваться до тех пор, пока давление не достигнет критической точки, после чего она вырывается на поверхность, высоко в воздух. Так образуются гейзеры.
Но в некоторых районах вверх по трещинам поднимается и застывает расплавленный камень. Новый расплавленный камень вскипает сквозь возвышенность отвердевшего камня и увеличивает ее высоту. Так образуется гора с центральным проходом, по которому расплавленный камень, или лава, может подниматься и оседать. Так образуются вулканы, которые могут быть действующими или недействующими. Если вулкан демонстрирует определённую активность в течение длительных периодов времени, он не очень опасен, хотя периодические извержения, в ходе которых потоки лавы изливаются наружу, вынуждают эвакуировать близлежащие населённые пункты.
Гораздо опаснее вулканы, длительное время являющиеся неактивными. У таких вулканов центральный проход обычно затвердевает, и новые потоки лавы не находят себе прохода. В результате создается давление, под действием которого верхушка вулкана прорывается. Происходит резкий неожиданный выброс газа, пара, раскаленной лавы. Такое извержение может повлечь за собой многочисленные человеческие жертвы. Именно так произошло в 79 году н.э. с вулканом Везувием в Италии, в результате извержения которого были полностью уничтожены города Помпеи и Геркуланум, располагавшиеся на его склоне.
Самое крупное извержение современности произошло на острове Кракатау 27 августа 1883 года. В результате извержения вулкана остров был практически полностью разрушен. Пепел выпал на площади 800 тыс. кв. км и погрузил в темноту прилегающие районы на два с половиной дня. Пыль достигла стратосферы и распространилась по всей Земле. Сила извержения была в 26 раз больше, чем у самой мощной водородной бомбы. Кроме того, взрыв вызвал волну цунами, которая достигла высоты 36 метров.
Ещё более губительными являются землетрясения. Их сложно предсказать, так как они зарождаются по разным причинам, на разной глубине. В основном землетрясения происходят на границах соединения тектонических плит. Само землетрясение продолжается лишь несколько минут и состоит из нескольких толчков. Сила землетрясений характеризуется по специальной шкале, предложенной в 1935 г. американским сейсмологом Ч. Рихтером и носящей его имя. В этой шкале 12 баллов. Каждая последующая цифра этой шкалы соответствует десятикратному увеличению количества энергии, высвобождаемой при землетрясении. Землетрясение в 7 баллов считается сильным, а в 8 баллов и выше – катастрофическим.
Самое сильное землетрясение произошло в Китае в 1556 году, когда одновременно погибло 830 тысяч человек. В нашей стране достаточно сейсмически опасных зон. В 1995 году сильнейшее землетрясение полностью разрушило город Нефтегорск на Сахалине.

4. Образование Земли.
Лишь в XX в. удалось установить точный возраст нашей планеты. В этом помогли новые методы, связанные с изучением радиоактивных веществ и их распада. В настоящее время имеется достоверная информация о горных породах с возрастом до 3,5 млрд. лет. Однако известные наиболее древние отложения в Австралии соответствуют возрасту 4,2-4,3 млрд. лет. На возраст Земли также указывают данные исследования метеоритов – твердых тел Солнечной системы. Они относятся к наиболее изученным космическим объектам и несут ценную информацию. Исследования показывают, что возраст как железных, так и каменных метеоритов совпадает и составляет примерно 4,5-4,6 млрд. лет.
Согласно современным космологическим представлениям, Земля образовалась примерно 4,5 млрд. лет путём гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества, содержащего все известные в природе элементы. Сегодня считается, что геологическая история нашей планеты составляет около 4 млрд. лет, а о,6 млрд. лет – это ранняя история Земли. В результате палеонтологических исследований было установлено, что различным периодам в развитии Земли соответствовали определённые растения и животные. Это позволило подразделить историю развития Земли на последовательные отрезки времени – эоны, эры, периоды, эпохи. В приводимой ниже таблице указаны также примерные времена их начала и продолжительности, хотя эти значения постоянно уточняются и изменяются.
Отметим, что древнейший период в истории Земли называют докембрийским или криптозойским. Он составляет 5/6 всей геологической истории Земли и подразделяется на архейский (закончился примерно 3,5 млрд. лет назад) и протерозойский.
Ранняя история Земли, как и других планет, включает ранние фазы эволюции – фазу аккреции (рождения), фазу расплавления сферы земного шара и фазу первичной коры (лунную фазу).
Фаза аккреации представляла собой непрерывное выпадение на растущую Землю все большего количества тел. При этом на Землю падали и крупные объекты, достигавшие в поперечнике многих километров. В эту фазу, длившуюся несколько десятков миллионов лет, Земля приобрела примерно 95% современной массы. Однако она оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка Земли крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества поверхности планеты.
Фаза расплавления внешней сферы Земли наступила в промежутке 4-4,6 млрд. лет назад. В это время произошла общепланетарная химическая дифференциация вещества Земли, которая привела к формированию центрального ядра и обволакивающей его мантии. Позже образовалась и земная кора. В эту фазу поверхность Земли представляла собой океан тяжёлого расплава с вырывающимися из него газами. В этот океан продолжали стремительно падать мелкие и крупные космические тела. Над раскалённым океаном нависало сплошь затянутое густыми тучами небо, с которого не могло упасть ни капли воды.
Лунная фаза – это время остывания расплавленного вещества поверхности Земли из-за излучения тепла в космос и ослабления метеоритной бомбардировки. Так образовалась первичная кора базальтового состава. Одновременно шло образование гранитного слоя материковой коры. В течение лунной фазы поверхность Земли постепенно остывала от 100013 EMBED Equation.3 1415С до 10013 EMBED Equation.3 1415С. Когда температура опустилась ниже 10013 EMBED Equation.3 1415С, из атмосферы выпала вся вода, покрывшая Землю: сформировались поверхностные и грунтовые стоки, появились водоёмы, в том числе и океан.
Первичная атмосфера была близка к составу вулканических и метеоритных газов. На поверхность Земли поступали вода, углекислый газ, метан, аммиак, сера. В целом атмосфера имела восстановительный характер и была практически лишена свободного кислорода. Хотя незначительное его количество образовывалось под влиянием солнечных лучей из паров воды в верхних слоях атмосферы.
Таблица. Интервалы геологического времени.
Эон
Эра
Период
Эпоха
Начало,
млн. лет назад
Продолжительность, млн. лет






Фанерозойский


Кайнозойская
Четвертичный (антропогеновый)
Голоценовая
0,01





Плейстоценовая
1,6
1,6





Третичный
Плиоценовая
Млиоценовая
Олигоценовая
Эоценовая
Палеоценовая

5
24
37
58
67
3,4
19
13
21
9



Мезозойская
Меловой
Юрский
Триасовый




137
195
230
70
58
35



Палеозойская
Пермский
Каменноугольный
Девонский
Силурийский
Ордовикский
Кембрийский

285
350

410
440
500
570
55
75-65

60
30
60
70

Протерозойский



3500
2900


Архейский



4500
1000



5. Геосферы Земли.
Как уже было отмечено, формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества. Результатом этого явилось разделение Земли на концентрически расположенные слои – геосферы, различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора – так называемая «твердая Земля», заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты. Кроме того, Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическим полями.
Таким образом, можно выделить ряд геосфер, из которых состоит Земля:
ядро;
мантия;
литосфера;
гидросфера;
атмосфера;
магнитосфера.
Геосферы различаются главным образом плотностью составляющих их веществ. Самые плотные вещества сосредоточены в центральных частях планеты. Ядро составляет примерно 1/3 массы Земли; кора и мантия – 2/3.
Указанные геосферы взаимосвязаны и проникают друг в друга.
Ядро Земли
Ядро занимает центральную часть нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра составляет около 3500 км, его температура может достигать 400013 EMBED Equation.3 1415С. Состоит оно из двух частей – большого внешнего и малого внутреннего ядер. Внутренний шар имеет диаметр около 2200 км. Его природа ещё не изучена. Возможно, он состоит из никелистого железа без примесей серы и находится в твёрдом состоянии под огромным давлением.
Внешнее ядро представляет собой жидкость, состоящую из расплавленного железа с примесями никеля и серы. В этом слое давление меньше. Внешнее ядро представляет собой шаровой слой толщиной 2200 км.
Мантия
Мантия – наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 её массы и большую часть объёма. Она также существует в виде двух шаровых слоёв – нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км. Предполагают, что мантия Земли в основном сложена из силикатов и железа, прежде всего из минерала оливина. Благодаря высокому давлению вещество мантии, скорее всего, находится в кристаллическом состоянии. Температура мантии составляет около 250013 EMBED Equation.3 1415С. В расплавленном состоянии находится нижняя часть верхней мантии – астеносфера. Более подвижная и легкая литосфера как бы «плавает» в ней. В целом же верхняя мантия обладает интересной особенностью – по отношению к кратковременным нагрузкам она ведёт себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам – как пластичный материал.
Литосфера
Литосфера – это земная кора с частью подстилающей её мантии, которая образует слой толщиной порядка 100 км. Земная кора обладает высокой степенью жесткости, но и большой хрупкостью. В верхней части она слагается гранитами, в нижней – базальтами.
Планетарный рельеф делится на две основные области – океаническую и континентальную. Дно океанов и континенты отличаются друг от друга строением земной коры, химическим составом. Кора имеет повышенную мощность в области континентов и пониженную в областях океанического дна. Средняя мощность (толщина) континентальной коры – 35 км. Её верхний слой богат гранитными породами, нижний – базальтами. На дне океанов гранитный слой отсутствует, и земная кора состоит только из базальтового слоя. Её мощность составляет 5-10 км.
Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в основном слагается из 8 химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия. Половина всей массы коры приходится на кислород, который содержится в ней в связанном состоянии, главным образом в виде окислов металлов.
Геологические особенности коры определяются совместным влиянием на неё атмосферы, гидросферы и биосферы – трёх самых внешних оболочек планеты. Состав коры непрерывно обновляется. Благодаря выветриванию вещество континентальной поверхности полностью обновляется за 80-100 млн. лет. Убыль вещества континентов восполняется поднятиями их коры. Если бы не было этих поднятий, то за несколько геологических периодов вся суша была бы снесена в океан, и наша планета покрылась бы сплошной водной оболочкой.
На поверхности литосферы в результате совокупной деятельности ряда факторов возникает почва.
Почва – это наружные горизонты горных пород, естественным образом измененных совместным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, включая их остатки.
Таким образом, почва – это сложнейшая система, стремящаяся к равновесному взаимодействию с окружающей средой.
Гидросфера
Водная оболочка Земли представлена Мировым океаном, пресными водами рек и озёр, ледниковыми и подземными водами. Общие запасы воды на Земле оцениваются в 1,5 млрд. км3. Из этого количества 97% приходится на солёную морскую воду, 2% составляет замерзшая вода ледников и 1% - пресная вода.
Гидросфера – это сплошная оболочка Земли, так как моря и океаны переходят в подземные воды на суше, а между сушей и морем идет постоянный круговорот воды, ежегодный объём которого составляет примерно 100 тыс. куб. км. Круговорот воды в природе не является совершенно замкнутым циклом. Сегодня доказано, что наша планета постоянно теряет часть воды и воздуха, которые уходят в мировое пространство. Поэтому с течением времени встанет проблема сохранения воды на нашей планете.
Вода – вещество, обладающее многими уникальными физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой теплоёмкостью, теплотой плавления и испарения и в силу этих качеств является важнейшим климатообразующим фактором на Земле. Вода является хорошим растворителем, поэтому в ней содержится множество химических элементов и соединений, необходимых для поддержания жизни. Не случайно именно Мировой океан стал колыбелью жизни на нашей планете.
71% поверхности Земли занимает Мировой океан. Материками он делится на четыре части: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Средняя глубина составляет 3,8 км. Наиболее глубокая часть – Мариинская впадина в Тихом океане с глубиной 11022 м. Средняя солёность вод океана составляет 3,5%. Среднегодовая температура поверхности – 17,513 EMBED Equation.3 1415С. Мировой океан часто называют «печкой планеты». В теплый сезон вода нагревается медленнее суши, поэтому она охлаждает воздух. Зимой происходит обратный процесс – теплая вода согревает холодный воздух.
Важной частью гидросферы Земли являются реки – водные потоки, текущие в естественных руслах и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их бассейнов. Суммарный годовой сток рек в Мировой океан составляет 38,8 тыс. куб. км. Реки – это источники питьевой и промышленной воды, источник гидроэлектроэнергии.
Озера и болота – также часть гидросферы Земли. Озера – это водоёмы, вся поверхность которых открыта атмосфере и которые не имеют уклонов, создающих течения, а также не связаны с морем иначе, чем через реки и потоки. Понятие «озера» включает в себя большой круг водоемов, в том числе пруды, водохранилища, а также болота и трясины со стоячей водой. С геологической точки зрения озера имеют малую продолжительность жизни. Как правило, они постепенно исчезают из-за нарушения равновесия между притоком и стоком воды из озера.
Ещё одна часть гидросферы – подземные воды. Это все воды, находящиеся под земной поверхностью. Существуют подземные реки, свободно текущие по подземным каналам – трещинам, пещерам. Есть также фильтрующие воды, просачивающиеся через рыхлые породы (песок, гравий, гальку). Самый ближний к поверхности земли горизонт подземных вод называют грунтовыми водами.
Ледники, образующие ледяную оболочку Земли (криосферу), также являются частью гидросферы нашей планеты. Они занимают площадь, равную 16 млн. кв. км. Это 1/10 часть поверхности планеты. Именно в них содержатся основные запасы пресной воды (до 75%). Если бы все ледники разом растаяли, уровень Мирового океана повысился бы на 50 метров. Частью криосферы также являются твердые толщи горных пород и относительно сухие земляные массы с отрицательной температурой, в которых могут естественным образом создаваться условия для конденсации воды. На Земле широко распространены многолетнемерзлые грунты (вечная мерзлота), являющиеся частью криосферы. Толщина таких грунтов в среднем достигает 50-100 м, а в Антарктиде – 4 км. Вечная мерзлота возникает в местах, где среднегодовые температуры имеют отрицательные значения. В ней содержится до 2% общего объема льда на Земле.
Атмосфера
Атмосфера – это воздушная оболочка Земли, окружающая её и вращающаяся вместе с ней. Она состоит из воздуха – смеси газов, состоящей из 78% азота, 21% кислорода, а также инертных газов, водорода, углекислого газа, паров воды. Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и различных примесей, порождаемых геохимическими и биологическими процессами на поверхности Земли.
Масса атмосферы составляет 5,15*1018 кг. Среднее атмосферное давление на поверхности Земли равно 1 атм., или 760 мм рт. ст. С высотой плотность и давление атмосферы быстро убывают.
Атмосфера Земли имеет слоистое строение, причем слои различаются по физическим и химическим свойствам, из которых важнейшими являются температура и давление.
Тропосфера – это нижний слой атмосферы, определяющий погоду на нашей планете. Его толщина – 10-18 км. С высотой температура падает, опускаясь до -5513 EMBED Equation.3 1415С. В тропосфере содержится основное количество водяных паров, образуются облака и формируются все виды осадков.
Следующий слой атмосферы – стратосфера, простирающаяся до 50 км в высоту. Нижняя её часть имеет постоянную температуру, в верхней части наблюдается повышение температуры из-за поглощения солнечного излучения озоном.
Ионосфера – часть атмосферы, начинающаяся с высоты 50 км и состоящая из ионов (электрически заряженных частиц воздуха). Ионизация воздуха происходит под действием Солнца. Ионосфера обладает повышенной электропроводностью и в силу этого отражает короткие радиоволны, позволяя осуществлять дальнюю связь.
С высоты 80 км начинается мезосфера, роль которой состоит в поглощении озоном, водяным паром и углекислым газом ультрафиолетовой радиации Солнца.
На высоте 90-400 км находится термосфера. В ней происходят основные процессы поглощения и преобразования солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучений.
Верхняя часть атмосферы, простирающаяся от 450-800 км до 2000-3000 км, называется экзосферой. В ней содержатся атомарный кислород, гелий и водород. Часть этих частиц постоянно уходит в космическое пространство.
Результатом саморегулирующихся процессов в атмосфере Земли является климат нашей планеты.
Климат – это состояние погоды какого-либо региона за длительный промежуток времени.
Он формируется в зависимости от географической широты, высоты над уровнем моря, воздушных потоков. Меньше влияют рельеф и тип почвы. Климат Земли имеет ярко выраженную цикличность. В нем можно выделить периоды «космических зим», возникающих в связи с обращением Солнца вокруг центра Галактики через 180-200 млн. лет. Также выделяют макроритмы, периодичность которых составляет 40 тыс. лет, и мезоритмы – с периодом около 2 тыс. лет. Изменения климата, происходящие каждые 11 лет, относят к микроритмам. Все эти ритмы связаны с изменениями амплитуд температур.
Самым известным примером цикличности климата являются периодически случавшиеся на Земле оледенения. За два последних миллиона лет наша планета пережила от 15 до 22 ледниковых периода. Сейчас мы живём в эпоху глобального потепления. С 1860 г. средняя температура Земли поднялась на 0,513 EMBED Equation.3 1415С. В наши дни с учётом резкого увеличения масштабов человеческой деятельности увеличение средних температур идёт ещё более быстрыми темпами. Это грозит непредсказуемыми последствиями.
Магнитосфера
Магнитосфера – самая внешняя и протяженная оболочка Земли. Она представляет собой область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения. С дневной стороны она простирается на 8-24 земных радиусов, с ночной – доходит до нескольких сотен радиусов и образует магнитный хвост Земли.
Магнитное поле Земли образуется во внешней оболочке ядра благодаря циркуляции огромных электрических токов. Земля представляет собой огромный магнит с четко выраженными магнитными полюсами. Северный магнитный полюс находится в Северной Америке на полуострове Ботия, Южный магнитный полюс – в Антарктиде на станции «Восток».
Сейчас установлено, что магнитное поле Земли не является неизменным. Его полярность менялась несколько раз. Кроме того, периодически происходят возмущения магнитного поля – магнитные бури, из-за которых, в частности, возникают серьёзные радиопомехи. Их главной причиной является колебание солнечной активности.
Все рассмотренные геосферы Земли тесно взаимодействуют друг с другом путем непрерывного обмена веществом и энергией и в совокупности представляют географическую оболочку планеты. Её целостность обеспечивается за счёт лучистой энергии Солнца и внутренней энергии Земли.



Контрольные вопросы:
1. Что изучает геология?
2. Чем отличается планета от звезды?
3. Что такое тектоника литосферных лит?
4. Как был определен возраст Земли и чему примерно он равен?
5. Как осуществлялась геологическая эволюция Земли?
6. Из каких газов состояла первичная атмосфера Земли?
7. Какова была первичная гидросфера Земли?
8. Какова структура атмосферы?
9. В чем проявляются тектонические процессы на Земле?
10. Какие процессы относятся к экзогенным?
11. Перечислите геосферы Земли.
12. Что представляет собой почва?
13. Какова природа земного магнетизма?
14. За счет чего обеспечивается целостность географической оболочки нашей планеты?


Примерные темы рефератов:
1. Основные положения современной тектоники.
2. Модели происхождения Солнечной системы.
3. Проблемы происхождения и развития Земли.
4. Проблема глобального потепления.
5. Гея-гипотеза.


Тестовые задания:
1. Когда началась геологическая история Земли?
1. Свыше 6 млрд лет назад.
2. 4 млн лет назад.
3. 4,5 млрд лет назад.
4. Вчера.

2. Какая из сфер отсутствует у Земли?
1. Литосфера.
2. Гидросфера.
3. Магнитосфера.
4. Фотосфера.

3. Что не входит в раннюю историю Земли?
1. Фаза аккреции.
2. Фаза расплавления.
3. Геологическая фаза.
4. Ни одна из них.

4. Какой элемент наиболее распространен в атмосфере?
1. Азот.
2. Кислород.
3. Углерод.
4. Озон.

5. В составе нижней части атмосферы Земли в настоящее время преобладают:
1. Азот и кислород.
2. Азот и водород.
3. Кислород и водяные пары.
4. Водород и гелий.












13PAGE 15


13PAGE 141515








Root Entry

Приложенные файлы

  • doc file17.doc
    Размер файла: 140 kB Загрузок: 0