22
Ми-ни-стер-ст-во об-ра-зо-ва-ния и нау-ки Рос-сий-ской Фе-де-ра-ции
ПЕН-ЗЕН-СКИЙ ГО-СУ-ДАР-СТ-ВЕН-НЫЙ УНИ-ВЕР-СИ-ТЕТ
КА-ФЕД-РА «ФИЗИКА»
РЕФЕРАТ по дисциплине
«Концепции современного естествознания»
Тема № 38: «ГЕОСФЕРА КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ
ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ»
Вы-пол-ни-ла:
сту-дент-ка груп-пы 05Ю1
Му-рае-ва Д.Ю.
Про-ве-рила:
доцент Суровицкая Г.В.
Пен-за 2006
Содержание:
I. Введение.
II. Основная часть.
1. Строение Земли.
2. Истории геосферных оболочек Земли.
3. Геосферные оболочки и их строение.
4. Асимметричность процессов, протекающих в геосферах.
5. Современные концепции развития геосфер.
III. Заключение.
I. Вве-де-ние
Фи-зи-че-ские, кос-мо-ло-ги-че-ские, хи-ми-че-ские кон-цеп-ции под-во-дят вплот-ную к пред-став-ле-ни-ям о Зем-ле, ее про-ис-хо-ж-де-нии, строе-нии и раз-но-об-раз-ней-ших свой-ст-вах. Ком-плекс на-ук о Зем-ле обыч-но на-зы-ва-ют гео-ло-ги-ей (греч. geо - Зем-ля). Зем-ля - ме-сто и не-об-хо-ди-мое ус-ло-вие су-ще-ст-во-ва-ния че-ло-ве-че-ст-ва. По этой при-чи-не гео-ло-ги-че-ские кон-цеп-ции име-ют для че-ло-ве-ка на-сущ-ней-шее зна-че-ние. Гео-ло-ги-че-ские кон-цеп-ции воз-ни-ка-ют не са-мо-про-из-воль-но, они яв-ля-ют-ся ито-гом кро-пот-ли-вей-ших на-уч-ных изы-ска-ний.
Зем-ля - уни-каль-ный кос-ми-че-ский объ-ект. Пла-не-тар-ный взгляд на все про-ис-хо-дя-щие на Зем-ле про-цес-сы сфор-ми-ро-вал-ся в эпо-ху Ве-ли-ких гео-гра-фи-че-ских от-кры-тий. Эта эпо-ха ох-ва-ты-ва-ет XV - XV?? вв., ко-гда че-ло-век су-мел взгля-нуть на Зем-ной шар как на еди-ное це-лое. Ори-ен-та-ция на та-кой «взгляд» оп-ре-де-ли-ла «дух» всей по-сле-дую-щей эпо-хи, вплоть до се-ре-ди-ны XX сто-ле-тия (до ис-чез-но-ве-ния «бе-лых пя-тен» на пла-не-те). Все уст-рем-ле-ния то-го пе-рио-да бы-ли на-прав-ле-ны на дос-ти-же-ние пол-но-ты пред-став-ле-ний о Зем-ном ша-ре, что ста-ло воз-мож-ным в XX в. бла-го-да-ря по-яв-ле-нию аэ-ро-фо-то-съем-ки, а за-тем бла-го-да-ря воз-мож-но-стям фо-то-гра-фи-ро-вать Зем-лю из кос-мо-са. По-сле это-го поя-ви-лась воз-мож-ность сфор-му-ли-ро-вать ис-ход-ные по-ня-тия фи-зи-че-ской гео-гра-фии, соз-дать фун-да-мент для ис-сле-до-ва-ния зем-ных обо-ло-чек, гео-сфер. Этот пе-ри-од мож-но на-звать «пе-ре-ва-лом», пре-одо-лев ко-то-рый, од-на из важ-ней-ших на-ук ес-те-ст-во-зна-ния - гео-гра-фия пре-вра-ти-лась в стро-гую науку, и на-ча-лось ак-тив-ное изу-че-ние гео-сфер.
Со-вре-мен-ная гео-ло-гия кон-ста-ти-ру-ет тот факт, что Зем-ля име-ет слож-ную и еще не-дос-та-точ-но изу-чен-ную ис-то-рию раз-ви-тия. Зем-ля - это объ-ект, ко-то-рый про-дол-жа-ет на-хо-дить-ся в про-цес-се ста-нов-ле-ния. По-это-му изу-че-ние строе-ния Зем-ли ак-ту-аль-но и по сей день. В сво-ей ра-бо-те я по-ста-ра-юсь пе-ре-чис-лить и дать ха-рак-те-ри-сти-ку ос-нов-ным гео-сфер-ным обо-лоч-кам Зем-ли. А так-же рас-крыть кон-цеп-ции раз-ви-тия гео-сфер в со-вре-мен-ном ес-те-ст-во-зна-нии и экс-пе-ри-мен-ты со-вре-мен-ных уче-ных, по-пол-нив-шие кар-ти-ну недр Зем-ли.
II. Ос-нов-ная часть
1. Строе-ние Зем-ли
О строе-нии Зем-ли гео-ло-ги су-дят в ос-нов-ном по сейс-ми-че-ским дан-ным, по-лу-чае-мым при ре-ги-ст-ра-ции ко-ле-ба-ний, вы-зы-вае-мых зем-ле-тря-се-ния-ми и атом-ны-ми взры-ва-ми. При этом учи-ты-ва-ет-ся ско-рость пе-ре-да-чи ко-ле-ба-ний, а так-же тот факт, что про-доль-ные вол-ны рас-про-стра-ня-ют-ся в лю-бой сре-де - жид-кой, твер-дой, га-зо-об-раз-ной, а по-пе-реч-ные лишь в сре-дах, об-ла-даю-щих боль-шой уп-ру-го-стью, т.е. в твер-дых объ-ек-тах. Про-доль-ные вол-ны свя-за-ны со сжа-ти-ем сре-ды (лю-бой). В по-пе-реч-ной вол-не час-ти-цы сре-ды ко-леб-лют-ся в плос-ко-сти, пер-пен-ди-ку-ляр-ной на-прав-ле-нию рас-про-стра-не-ния про-доль-ной вол-ны. По-пе-реч-ные вол-ны свя-за-ны с де-фор-ма-ци-ей сдви-га уп-ру-гой сре-ды. При-ме-ром по-пе-реч-ных волн яв-ля-ют-ся ко-ле-ба-ния, рас-про-стра-няю-щие-ся вдоль струн му-зы-каль-ных ин-ст-ру-мен-тов.
Итак, сейс-ми-че-ские дан-ные по-зво-ля-ют су-дить о про-стран-ст-вен-ных па-ра-мет-рах Зем-ли и ее струк-тур-ных ком-по-нен-тов, рав-но как о их аг-ре-гат-ном со-стоя-нии. Важ-ные све-де-ния о строе-нии Зем-ли по-лу-че-ны так-же в ре-зуль-та-те сверх-глу-бо-ко-го бу-ре-ния (Коль-ская сква-жи-на име-ет глу-би-ну бо-лее 12 км).
В гло-баль-ном мас-шта-бе фор-ма Зем-ли луч-ше все-го ап-прок-си-ми-ру-ет-ся эл-лип-сои-дом вра-ще-ния - рав-но-вес-ной фи-гу-рой вра-щаю-щей-ся од-но-род-ной жид-ко-сти. Фор-ма Зем-ли (гео-ид) не-зна-чи-тель-но от-ли-ча-ет-ся от сфе-рои-да вра-ще-ния. Имен-но по-это-му гео-гра-фи-че-ские гло-бу-сы из-го-тав-ли-ва-ют в фор-ме ша-ров. У со-вре-мен-ной Зем-ли по-ляр-ный ра-ди-ус Rп = 6356, 78 км, а эк-ва-то-ри-аль-ный Rэ = 6378, 16 км. Мас-са Зем-ли Мз = 5,98 1024 кг, а сред-няя плот-ность ?з = 5, 52 г/см 3.
Строе-ние Зем-ли очень слож-ное, оно по-сто-ян-но де-та-ли-зи-ру-ет-ся. По-сколь-ку Зем-ля име-ет фор-му ша-ра, то ее струк-тур-ные час-ти обыч-но пред-став-ля-ют в ви-де сфер-ных обо-ло-чек, чис-ло ко-то-рых рас-тет вме-сте с раз-ви-ти-ем гео-ло-ги-че-ско-го зна-ния. Для на-ча-ла рас-смот-рим внут-рен-ние гео-сфер-ные обо-лоч-ки.
Пер-во-на-чаль-но Зем-ля мно-ги-ми людь-ми вос-при-ни-ма-лась как твер-дый шар, бо-лее или ме-нее од-но-род-ный. За-тем, в ча-ст-но-сти в свя-зи с же-ла-ни-ем ос-мыс-лить ог-нен-ные вы-бро-сы вул-ка-нов, воз-ник-ло пред-став-ле-ние о двух-сту-пен-ча-той струк-ту-ре Зем-ли: внут-рен-няя обо-лоч-ка, ман-тия, по-кры-та зем-ной ко-рой. Пе-ре-ход к трех-сту-пен-ча-той струк-ту-ре Зем-ли был свя-зан с вы-де-ле-ни-ем яд-ра Зем-ли. Даль-ней-шая диф-фе-рен-циа-ция пред-став-ле-ний о струк-ту-ре Зем-ли ока-за-лась свя-зан-ной с вы-де-ле-ни-ем ее свое-об-раз-ных по-до-бо-ло-чек.
Со-глас-но со-вре-мен-ным воз-зре-ни-ям, яд-ро Зем-ли со-сто-ит из внут-рен-не-го и внеш-не-го яд-ра. Ман-тия Зем-ли со-сто-ит из верх-ней, сред-ней и ниж-ней ман-тии, от-де-лен-ных друг от дру-га раз-де-ла-ми. Что ка-са-ет-ся зем-ной ко-ры, то она от-де-ле-на от верх-ней час-ти ман-тии, пре-вра-тив-шей-ся в ре-зуль-та-те ос-ты-ва-ния в гор-ную по-ро-ду, раз-де-лом Мо-хо-ро-ви-чи-ча. Зем-ная ко-ра, раз-дел Мо-хо-ро-ви-чи-ча и упо-мя-ну-тая верх-няя часть ман-тии об-ра-зу-ют ли-то-сфе-ру (от греч. litos - ка-мень). К ли-то-сфе-ре при-мы-ка-ет ас-те-но-сфе-ра (от греч. astenes - сла-бый), слой по-ни-жен-ной вяз-ко-сти в верх-ней час-ти ман-тии Зем-ли. Над зем-ной ко-рой на-хо-дит-ся ат-мо-сфе-ра, а об-лас-ти океа-нов, мо-рей, озер и рек об-ра-зу-ют гид-ро-сфе-ру. Маг-нит-ное по-ле Зем-ли об-ра-зу-ет ее маг-ни-то-сфе-ру.
Итак, вос-хо-ж-де-ние от цен-тра Зем-ли к ее пе-ри-фе-рии свя-за-но с пе-ре-се-че-ни-ем сле-дую-щих гео-сфер-ных обо-ло-чек:
1) внут-рен-не-го яд-ра Зем-ли;
2) внеш-не-го яд-ра Зем-ли;
3) ниж-ней ман-тии Зем-ли;
4) сред-ней ман-тии Зем-ли;
5) верх-ней ман-тии Зем-ли;
6) ас-те-но-сфе-ры;
7) ниж-не-го слоя ли-то-сфе-ры;
8) раз-де-ла Мо-хо-ро-ви-чи-ча;
9) зем-ной ко-ры (верх-не-го слоя ли-то-сфе-ры);
10) гид-ро-сфе-ры;
11) ат-мо-сфе-ры;
12) маг-ни-то-сфе-ры.
2. Ис-то-рии гео-сфер-ных обо-ло-чек Зем-ли
Ис-то-рии эво-лю-ции гео-сфер-ных обо-ло-чек Зем-ли со-пря-же-ны друг с дру-гом, но ка-ж-дая из этих ис-то-рий име-ет свои весь-ма свое-об-раз-ные эта-пы.
ИС-ТО-РИЯ ЯД-РА ЗЕМ-ЛИ
Фор-ми-ро-ва-ние яд-ра Зем-ли на-ча-лось при-мер-но 4,6 10 9 лет на-зад (от-счет вре-ме-ни ве-дет-ся по на-прав-ле-нию от про-шло-го к со-вре-мен-но-сти). Со-от-вет-ст-вую-щие рас-че-ты по-ка-зы-ва-ют, что оно осо-бен-но ин-тен-сив-ным бы-ло в пе-ри-од 3 - 2,6 10 9 лет то-му на-зад. По-сле 2,6 млрд лет на-ра-щи-ва-ние мас-сы зем-но-го яд-ра на-ча-ло рез-ко, а по-том плав-но убы-вать. В на-ши дни мас-са яд-ра уве-ли-чи-ва-ет-ся, со-глас-но рас-че-там, на 130 млрд т в год. «Ме-тал-ли-че-ское же-ле-зо» по-ки-ну-ло ман-тию Зем-ли при-мер-но 500 млн лет то-му на-зад, ос-тав-ший-ся в ней маг-не-тит (Fe 3O4) рас-па-да-ет-ся: 2Fe3О4> 3FeO + 5O, при этом FeO пе-ре-хо-дит во внеш-нее яд-ро Зем-ли. Ос-ты-ва-ние Зем-ли при-ве-дет к час-тич-но-му или пол-но-му затвердеванию, как ее ман-тии, так и яд-ра. Даль-ней-шая судь-ба на-шей пла-не-ты бу-дет за-ви-сеть в пер-вую оче-редь от Солн-ца - пе-ре-хо-да его в со-стоя-ние бе-ло-го кар-ли-ка, что бу-дет со-про-во-ж-дать-ся ги-гант-ским вы-бро-сом из-лу-че-ния, ко-то-рое «опа-лит» Зем-лю.
Из всех гео-сфер-ных обо-ло-чек наи-боль-шие шан-сы уце-леть в «сол-неч-ной па-рил-ке» име-ет как раз зем-ное яд-ро. Оно, на-до по-ла-гать, ра-зо-гре-ет-ся, за-тем вновь ос-ты-нет и ста-нет кос-ми-че-ским пу-те-ше-ст-вен-ни-ком, ко-то-рый ли-бо под дей-ст-ви-ем из-лу-че-ния бу-дет мед-лен-но рас-сеи-вать-ся, ли-бо, по слу-чаю, уго-дит «в топ-ку» не-ве-до-мой нам звез-ды.
ИС-ТО-РИЯ МАН-ТИИ ЗЕМ-ЛИ
По сво-ему ве-ще-ст-вен-но-му со-ста-ву ман-тия пла-не-ты наи-бо-лее близ-ка к со-ста-ву пер-вич-но-го ве-ще-ст-ва Зем-ли. Тем не ме-нее, имен-но в ней про-цес-сы хи-ми-ко-плот-но-ст-ной диф-фе-рен-циа-ции идут наи-бо-лее энер-гич-но: на про-тя-же-нии 4 млрд лет она про-хо-дит все но-вые ста-дии сво-его ве-ще-ст-вен-но-го обед-не-ния. Тя-же-лое ве-ще-ст-во ухо-дит к цен-тру пла-не-ты - в ее яд-ро. Лег-кие эле-мен-ты пе-ре-ме-ща-ют-ся в ли-то-, ат-мо-, и гид-ро-сфе-ру. Из ман-тии Зем-ли пол-но-стью ис-чез-ли FeS, Fe, Ni, по срав-не-нию с со-ста-вом пер-вич-ной Зем-ли она су-ще-ст-вен-но обед-не-ла лег-ки-ми ве-ще-ст-ва-ми (Ka2O, Na2O, N2 , p и др.). Вме-сте с тем про-ис-хо-дя-щая в ман-тии хи-ми-ко-плот-но-ст-ная диф-фе-рен-циа-ция при-во-дит к рос-ту в про-цент-ном со-дер-жа-нии оки-слов крем-ния (SiO2) и маг-ния (MgO). В сум-ме эти два окис-ла со-став-ля-ют око-ло 83% со-ста-ва со-вре-мен-ной ман-тии (про-тив 57% в со-ста-ве пер-вич-но-го ве-ще-ст-ва Зем-ли).
Со-вре-мен-ная ман-тия вся ох-ва-че-на мощ-ны-ми кон-век-тив-ны-ми дви-же-ния-ми, за счет ко-то-рых те-п-ло-вая энер-гия яд-ра и ман-тии пе-ре-да-ет-ся дру-гим гео-сфер-ным обо-лоч-кам. Те-п-ло-по-те-ри Зем-ли не-из-мен-но при-ве-дут к ее ос-ты-ва-нию и пе-ре-хо-ду ман-тии в твер-дое, ли-то-сфер-ное со-стоя-ние. Пе-ре-ход Солн-ца в со-стоя-ние бе-ло-го кар-ли-ка, ви-ди-мо, бу-дет свя-зан с ис-па-ре-ни-ем зна-чи-тель-ной час-ти ли-то-сфе-ры,ко-то-рая к то-му вре-ме-ни бу-дет со-став-лять в фа-зо-вом от-но-ше-нии еди-ное це-лое с за-твер-дев-шей ман-ти-ей пла-не-ты.
ИС-ТО-РИЯ ЛИ-ТО-СФЕ-РЫ
Ли-то-сфе-ра об-ра-зу-ет-ся в про-цес-се ос-ты-ва-ния и кри-стал-ли-за-ции час-тич-но рас-плав-лен-но-го ве-ще-ст-ва ман-тии Зем-ли. Ее час-то на-зы-ва-ют «си-ли-кат-ным льдом». Име-ет-ся в ви-ду, что ли-то-сфе-ра, со-стоя-щая в ос-нов-ном из си-ли-ка-тов, т.е. со-лей крем-ние-вых ки-слот, со-дер-жа-щих SiO4, фор-ми-ру-ет-ся по-доб-но об-ра-зо-ва-нию льда при за-мер-за-нии во-ды. Ее фор-ми-ро-ва-ние на-ча-лось 4 - 3,5 млрд лет то-му на-зад. Око-ло 2 млрд лет уш-ло на фор-ми-ро-ва-ние су-пер-кон-ти-нен-та Пан-геи. По-сле-дую-щая тек-то-ни-че-ская дея-тель-ность Зем-ли при-во-дит к рас-ка-лы-ва-нию Пан-геи и об-ра-зо-ва-нию но-вых су-пер-кон-ти-нен-тов.
Со-вре-мен-ная ис-то-рия ли-то-сфе-ры свя-за-на пре-ж-де все-го с тек-то-ни-кой океа-ни-че-ских плит. При раз-дви-же-нии ли-то-сфе-ры ве-ще-ст-во ас-те-но-сфе-ры вне-дря-ет-ся в раз-ло-мы риф-то-вых зон и, ох-ла-ж-да-ясь, об-ра-зу-ет мо-ло-дую океа-ни-че-скую ли-то-сфе-ру. Океа-ни-че-ская ко-ра спо-соб-на над-ви-гать-ся на кон-цы кон-ти-нен-таль-ных плит, в ре-зуль-та-те че-го об-ра-зу-ют-ся склад-ча-тые струк-ту-ры. Об-лом-ки океа-ни-че-ских ли-то-сфер-ных плит, ув-ле-ка-ясь ман-тий-ны-ми по-то-ка-ми, опус-ка-ют-ся вплоть до яд-ра Зем-ли, пе-ре-ме-ши-ва-ют-ся с дру-гим ман-тий-ным ве-ще-ст-вом и вновь под-ни-ма-ют-ся на по-верх-ность. Так осу-ще-ст-в-ля-ют-ся цик-лы тек-то-ни-че-ской дея-тель-но-сти Зем-ли. В да-ле-ком бу-ду-щем не-пре-мен-но про-изой-дет их за-мед-ле-ние вплоть до пол-ной ос-та-нов-ки.
ИС-ТО-РИЯ ГИД-РО-СФЕ-РЫ
Мо-ло-дая Зем-ля бы-ла ли-ше-на гид-ро-сфе-ры. По-след-няя поя-ви-лась бла-го-да-ря де-га-за-ции Зем-ли, ини-ции-руе-мой из-ли-вав-ши-ми-ся на ее из-на-чаль-ную по-верх-ность ман-тий-ны-ми рас-пла-ва-ми, ко-то-рые, по-пав в ус-ло-вия с ми-ни-маль-ным дав-ле-ни-ем, вски-па-ли (как из-вест-но, тем-пе-ра-ту-ра ки-пе-ния тем ни-же, чем мень-ше дав-ле-ние) и вы-де-ля-ли ле-ту-чие ве-ще-ст-ва, в том чис-ле па-ры во-ды. Чем силь-нее на-рас-та-ли кон-век-тив-ные яв-ле-ния в ман-тии, тем ча-ще и в боль-шей мас-се из-вер-га-лись на по-верх-ность Зем-ли по-то-ки маг-мы, тем боль-ше ста-но-вил-ся объ-ем пер-во-на-чаль-но не-глу-бо-ко-го океа-на. Из-за по-гло-ще-ния час-ти во-ды океа-ни-че-ской, а так-же кон-ти-нен-таль-ной ко-рой глу-би-на океа-на уве-ли-чи-ва-лась мед-лен-но. И лишь по-сле пол-но-го на-сы-ще-ния во-дой сер-пан-ти-но-во-го слоя океа-ни-че-ской ко-ры, а про-изош-ло это око-ло 2,2 млрд лет на-зад, дно океа-на ста-ло бы-ст-ро опус-кать-ся (до сред-ней глу-би-ны со-вре-мен-но-го океа-на).
Наи-боль-ший при-ток во-ды про-ис-хо-дил в пе-ри-од ох-ва-та кон-век-тив-ны-ми дви-же-ния-ми всей ман-тии Зем-ли, т.е. око-ло 2,6 млрд лет на-зад. При-ток во-ды в Ми-ро-вой оке-ан име-ет ме-сто и в на-ши дни, он бу-дет про-дол-жать-ся в даль-ней-шем. Ос-лаб-ле-ние тек-то-ни-че-ской ак-тив-но-сти Зем-ли, ос-ты-ва-ние ее ман-тии, об-ра-зо-ва-ние в этой свя-зи осо-бо глу-бо-ких океа-ни-че-ских впа-дин и по-гло-ще-ние час-ти во-ды глу-бо-ко за-ле-гаю-щи-ми оса-доч-ны-ми по-ро-да-ми океа-ни-че-ской ли-то-сфе-ры при-ве-дет к то-му, что бу-дут вновь вид-ны сре-дин-но-океа-ни-че-ские хреб-ты. Пре-вра-ще-ние Солн-ца в бе-лый кар-лик при-ве-дет че-рез 5 млрд лет к та-ко-му мо-гу-че-му по-то-ку из-лу-че-ния, что он ис-па-рит весь Ми-ро-вой оке-ан. Воз-ник-ше-му од-на-ж-ды, ему не су-ж-де-но су-ще-ст-во-вать веч-но.
ИС-ТО-РИЯ АТ-МО-СФЕ-РЫ
Со-глас-но не-клас-си-че-ской кон-цеп-ции гло-баль-ной эво-лю-ции Зем-ли, ис-тория ат-мо-сфе-ры свя-за-на с де-га-за-ци-ей пла-не-ты от-нюдь не мень-ше, чем ис-то-рия гид-ро-сфе-ры. По-ла-га-ют, од-на-ко, что уже на ран-них эта-пах сво-ей эво-лю-ции (4,7 - 4 млрд. лет на-зад) Зем-ля, еще не при-об-ре-тя гид-ро-сфе-ры, уже об-ла-да-ла ат-мо-сфе-рой, но край-не раз-ря-жен-ной. Она, ви-ди-мо, со-стоя-ла глав-ным об-ра-зом из ле-ту-чих со-еди-не-ний, ко-то-рые рас-про-стра-не-ны в кос-мо-се, т.е. H2, He, N2, CH4, NH3, H2O, CO2, CO. Ро-ж-де-ние плот-ной ат-мо-сфе-ры ока-за-лось свя-зан-ным с вы-де-ле-ни-ем тех ле-ту-чих со-еди-не-ний, ко-то-рые по-па-ли на Зем-лю в свя-зан-ном со-стоя-нии: во-да - с гид-ро-си-ли-ка-та-ми, азот - с нит-ри-да-ми и нит-ра-та-ми, уг-ле-кис-лый газ - с кар-бо-на-та-ми и т. д. Под-лин-ным ди-на-ми-че-ским ис-точ-ни-ком ат-мо-сфе-ры Зем-ли ока-за-лась ее на-чав-шая-ся ак-тив-ная де-га-за-ция (4 млрд лет на-зад). Око-ло 3 млрд лет на-зад зем-ля бы-ла оку-та-на плот-ной, со-стоя-щей в ос-нов-ном из азо-та (N2) и уг-ле-ки-сло-го га-за (CO2) ат-мо-сфе-рой с дав-ле-ни-ем до 4 атм. По-сле-дую-щая ис-то-рия Зем-ли свя-за-на в ос-нов-ном со свое-об-раз-ной «за-ме-ной» уг-ле-ки-сло-го га-за на ки-сло-род.
На-сы-ще-ние сер-пен-ти-но-во-го слоя океа-ни-че-ской ко-ры во-дой со-про-во-ж-да-лось свя-зы-ва-ни-ем CO2 в кар-бо-на-тах (до-ло-ми-тах). Мож-но по-ка-зать, что при из-быт-ке уг-ле-ки-сло-го га-за в ат-мо-сфе-ре ре-ак-ции гид-ро-та-ции со-про-во-ж-да-ют-ся его свя-зы-ва-ни-ем в кар-бо-на-тах. Ти-пич-ная в этом смыс-ле ре-ак-ция вы-гля-дит сле-дую-щим об-ра-зом:
Mg2SiO4 + 4H2O + 2CO2 > Mg6[Si4O10](OH)8 + 2MgCO3.
Оли-вин Сер-пен-тин Маг-не-зит Сер-пен-ти-нит
Сер-пен-ти-ни-за-ция океа-ни-че-ской ко-ры при-ве-ла к «из-вле-че-нию» уг-ле-ки-сло-го га-за из ат-мо-сфе-ры, его пар-ци-аль-ное дав-ле-ние сни-зи-лось поч-ти до со-вре-мен-но-го. Обед-не-ние ат-мо-сфе-ры CO2 - га-зом, ко-то-рый за-дер-жи-ва-ет ин-фра-крас-ное (те-п-ло-вое) из-лу-че-ние Зем-ли, при-ве-ло к рез-ко-му сни-же-нию при-зем-ной тем-пе-ра-ту-ры (с 90 до 6 ?С). Со-про-во-ж-да-лось это (2,4 млн лет на-зад) гран-ди-оз-ным оле-де-не-ни-ем.
Ак-тив-ную роль в из-вле-че-нии уг-ле-ки-сло-го га-за из ат-мо-сфе-ры сыг-ра-ли так-же зе-ле-ные рас-те-ния и фо-то-син-те-зи-рую-щие мик-ро-ор-га-низ-мы. Речь идет о про-цес-се фо-то-син-те-за, сум-мар-ное вы-ра-же-ние ко-то-ро-го, как из-вест-но, вы-гля-дит сле-дую-щим об-ра-зом:
6CO2 + 6H2O > C6H12O6 + 6O2
Хло-ро-филл (фо-то-син-тез про-хо-дит с уча-сти-ем хло-ро-фил-ла, по-гло-щаю-ще-го кван-ты све-та).
На-сы-ще-ние ат-мо-сфе-ры ки-сло-ро-дом про-ис-хо-ди-ло так-же бла-го-да-ря фо-то-дис-со-циа-ции па-ров во-ды ко-рот-ко-вол-но-вым из-лу-че-ни-ем Солн-ца
H2O > HO + O
и га-ло-ге-ни-за-ции оки-слов ще-лоч-ных и ще-лоч-но-зе-мель-ных ме-тал-лов
Na2O + 2Cl > 2NaCl + O; CaO + 2F > CaF2 + O
(га-ло-ге-на-ми яв-ля-ют-ся хлор и фтор).
В на-сы-ще-нии ат-мо-сфе-ры ки-сло-ро-дом до-ми-ни-ру-ет био-ге-нез, а аут-сай-де-ром яв-ля-ет-ся га-ло-ге-нез.
Да-ле-ко не весь ки-сло-род пе-ре-хо-дил не-по-сред-ст-вен-но в ат-мо-сфе-ру. Его мощ-ным по-гло-ти-те-лем яв-ля-лось сво-бод-ное же-ле-зо:
2Fe + O2 > 2FeO.
Сво-бод-ное же-ле-зо ис-чез-ло из ман-тии Зем-ли око-ло 600 млн лет на-зад. Это спо-соб-ст-во-ва-ло рос-ту вы-хо-да ки-сло-ро-да в ат-мо-сфе-ру, что бла-го-при-ят-ст-во-ва-ло бы-ст-ро-му раз-ви-тию мно-го-кле-точ-ных ор-га-низ-мов.
В со-вре-мен-ных ус-ло-ви-ях вы-де-ляю-щий-ся в ман-тии ки-сло-род час-тич-но по-гло-ща-ет-ся:
3FeO + O > Fe3O4.
Рас-че-ты по-ка-зы-ва-ют, что че-рез 600 млн лет со-дер-жа-щее-ся в ман-тии же-ле-зо ока-жет-ся в со-стоя-нии маг-не-ти-та (Fe3O4). Маг-не-тит ус-той-чив в ман-тии, но при пе-ре-хо-де в яд-ро Зем-ли оно рас-па-да-ет-ся:
2Fe3O4 > 3FeO +5O.
Сво-бод-ный ки-сло-род, не встре-чая пре-пят-ст-вий, че-рез риф-то-вые зо-ны уст-ре-мит-ся в ат-мо-сфе-ру. Это, со-глас-но рас-че-там, при-ве-дет к быс-тро-му рос-ту дав-ле-ния ат-мо-сфе-ры (10 атм), при-зем-ная тем-пе-ра-ту-ра дос-тиг-нет 250 ?С. По-сле вски-па-ния во-ды океа-нов дав-ле-ние воз-рас-тет до 350 атм, а при-зем-ная тем-пе-ра-ту-ра дос-тиг-нет 450 ?С. В но-вых об-стоя-тель-ст-вах жизнь ока-жет-ся не-воз-мож-ной. Ис-то-рия жиз-ни ат-мо-сфе-ры пре-рвет-ся че-рез 5 млрд лет, по-сле взры-ва Солн-ца. Ат-мо-сфе-ра не смо-жет про-ти-во-сто-ять сол-неч-но-му из-лу-че-нию и бу-дет им ис-па-ре-на.
3. Геосферные оболочки их строение.
Зем-ных обо-ло-чек, или гео-сфер, вы-де-ля-ют очень мно-го.
Внут-рен-нее яд-ро Зем-ли пред-став-ля-ет со-бой шар диа-мет-ром 2500 км и име-ет кри-стал-ли-че-скую струк-ту-ру. Сейс-мо-ло-ги за-ме-ти-ли, что вол-ны зем-ле-тря-се-ний, про-бе-гаю-щие пла-не-ту от края до края, за-тра-чи-ва-ют на свой путь в за-ви-си-мо-сти от его на-прав-ле-ния раз-лич-ные про-ме-жут-ки вре-ме-ни. Это об-стоя-тель-ст-во со-гла-су-ет-ся с рас-че-та-ми, ко-то-рые по-ка-зы-ва-ют, что внут-рен-нее яд-ро Зем-ли, яв-ля-ясь кри-стал-лом, об-ла-да-ет ани-зо-троп-ны-ми свой-ст-ва-ми, оно про-пус-ка-ет сейс-ми-че-ские вол-ны в од-ном на-прав-ле-нии с боль-шей ско-ро-стью, чем в дру-гом. Ра-зу-ме-ет-ся, речь идет о весь-ма спе-ци-фи-че-ском кри-стал-ле. Его тем-пе-ра-ту-ра пре-вы-ша-ет 4000 ?С, но бла-го-да-ря ги-гант-ско-му дав-ле-нию он со-хра-ня-ет свою кри-стал-ли-че-скую при-ро-ду. Внут-рен-нее яд-ро Зем-ли бо-лее чем на 90% со-сто-ит из же-ле-за.
Аме-ри-кан-ские гео-фи-зи-ки Ро-нальд Ко-хен и Ларс Штих-ру-де опуб-ли-ко-ва-ли эту ги-по-те-зу в на-уч-ном жур-на-ле «Science» (США). Они пи-шут, что ги-по-те-за мо-жет объ-яс-нить мно-гие свой-ст-ва на-шей пла-не-ты, ка-жу-щие-ся по-ка за-га-доч-ны-ми. На-при-мер, не-ко-то-рые осо-бен-но-сти маг-нит-но-го по-ля или по-ве-де-ние во вре-мя пе-ре-по-лю-сов-ки, т.е. ко-гда Се-вер-ный маг-нит-ный по-люс ста-но-вит-ся Юж-ным и на-обо-рот, что бы-ва-ло не-од-но-крат-но.
Ги-по-те-зе о сверх-кри-стал-ле внут-ри пла-не-ты (ав-то-ры срав-ни-ва-ют его с брил-ли-ан-том в цен-тре Зем-ли) при-влек-ла вни-ма-ние сейс-мо-ло-гов, ко-то-рые за-ме-ти-ли, что вол-ны зем-ле-тря-се-ний за-тра-чи-ва-ют на свой путь на 4 се-кун-ды боль-ше, не-же-ли сейс-ми-че-ские вол-ны, иду-щие от по-лю-са до по-лю-са.
Рас-че-ты гео-фи-зи-ков по-ка-за-ли, что кри-сталл, ио-ны ко-то-ро-го рас-по-ло-же-ны в гек-са-го-наль-ной струк-ту-ре и плот-но при-жа-ты друг к дру-гу, про-пус-ка-ют че-рез се-бя сейс-ми-че-ские ко-ле-ба-ния, иду-щие свер-ху или сни-зу, с боль-шей ско-ро-стью, не-же-ли вол-ны, про-хо-дя-щие с бо-ко-вых на-прав-ле-ний. Всем кри-стал-лам при-су-ща ани-зо-тро-пия: их фи-зи-че-ские свой-ст-ва раз-лич-ны по раз-ным на-прав-ле-ни-ям. Вдоль оси или по-пе-рек нее кри-сталл про-во-дит те-п-ло-вые и зву-ко-вые ко-ле-ба-ния по-раз-но-му. Ес-ли бы зем-ное яд-ро со-стоя-ло из мно-же-ст-ва кри-стал-лов, ани-зо-тро-пия бы-ла бы по-га-ше-на раз-но-ори-ен-ти-ро-ван-ны-ми кри-стал-ла-ми. Но опы-ты Р. Ко-хе-на и Л. Штих-ру-де от-чет-ли-во по-ка-за-ли про-яв-ле-ние ани-зо-тро-пии. Зна-чит, мож-но го-во-рить о том, что внут-рен-не яд-ро Зем-ли - еди-ный, це-лый кри-сталл.
Внеш-нее яд-ро Зем-ли на-хо-дит-ся в жид-ком со-стоя-нии (в нем за-ту-ха-ют по-пе-реч-ные вол-ны) и в ос-нов-ном со-дер-жит же-ле-зо, его окис-лы, а так-же при-ме-си бо-лее лег-ких ве-ществ - крем-ния, се-ры.
Же-лез-ная со-став-ляю-щая яд-ра Зем-ли от-вет-ст-вен-на за зем-ной маг-не-тизм. А энер-гич-ное кон-век-тив-ное дви-же-ние внут-ри внеш-не-го яд-ра объ-яс-ня-ет не-од-но-крат-ные из-ме-не-ния маг-нит-ной по-ляр-но-сти на-шей пла-не-ты, о чем сви-де-тель-ст-ву-ют па-лео-маг-нит-ные дан-ные. Древ-ние по-ро-ды «за-по-ми-на-ют», фик-си-ру-ют на-прав-лен-ность маг-нит-но-го по-ля Зем-ли. Ис-сле-до-ва-ния этих по-род по-ка-зы-ва-ют, что се-вер-ный и юж-ный маг-нит-ный по-лю-са не-од-но-крат-но ме-ня-лись мес-та-ми.
Ман-тия Зем-ли, рас-по-ло-жен-ная от по-дош-вы зем-ной ко-ры вплоть до по-верх-но-сти яд-ра, на-хо-дя-ще-го-ся на глу-би-не 2900 км, глав-ным об-ра-зом со-сто-ит из оки-слов крем-ния, маг-ния и же-ле-за. Ве-ще-ст-во ман-тии на-хо-дит-ся в жид-ком со-стоя-нии, но вяз-кость его очень вы-со-ка. Для всей ман-тии ха-рак-тер-ны ин-тен-сив-ные кон-век-тив-ные дви-же-ния, обу-слав-ли-ваю-щие сме-ще-ние ли-то-сфер-ных плит и при-во-дя-щие к из-вер-же-нию на по-верх-ность Зем-ли вы-со-ко-тем-пе-ра-тур-ных (ок. 1300 ?С) лав - ман-тий-но-го ве-ще-ст-ва.
Бли-жай-шие к по-верх-но-сти Зем-ли слои ман-тии - это ли-то- и ас-те-но-сфе-ра. Ли-то-сфе-ра со-сто-ит из плит, ко-то-рые при от-сут-ст-вии внеш-них воз-дей-ст-вий дли-тель-ное вре-мя со-хра-ня-ют свою фор-му. Как пра-ви-ло, рас-пола-гаю-щее-ся под ли-то-сфер-ны-ми пли-та-ми ве-ще-ст-во ас-те-но-сфе-ры час-тич-но раз-мяг-че-но и под дав-ле-ни-ем де-фор-ми-ру-ет-ся, те-чет.
Де-фор-ми-руе-мость ас-те-но-сфе-ры до-пус-ка-ет сколь-же-ние по ней ли-то-сфер-ных плит. Пе-ре-ме-ще-ние ли-то-сфер-ных плит, круп-ней-шие из ко-то-рых Ти-хо-оке-ан-ская, Се-ве-ро-аме-ри-кан-ская, Юж-но-аме-ри-кан-ская, Аф-ри-кан-ская, Ев-роа-зи-ат-ская, Ин-до-ав-ст-ра-лий-ская и Ан-тарк-ти-че-ская, со-став-ля-ют еди-ни-цы сан-ти-мет-ров (око-ло 3 см) в год, од-на-ко за мил-лио-ны лет им уда-ва-лось пре-одо-ле-вать пу-ти в ты-ся-чи ки-ло-мет-ров. Со-при-ка-са-ясь, ли-то-сфер-ные пли-ты взаи-мо-дей-ст-ву-ют друг с дру-гом и про-хо-дят во вра-ще-ние. Су-ще-ст-ву-ет весь-ма тща-тель-но раз-ра-бо-тан-ные гло-баль-ные ки-не-ма-ти-че-ские мо-де-ли со-вре-мен-но-го от-но-си-тель-но-го дви-же-ния ли-то-сфер-ных плит. Мощ-ность (тол-щи-на) ли-то-сфер-ных плит со-став-ля-ет от 2 до 100 км.
Зем-ная ко-ра - внеш-няя обо-лоч-ка Зем-ли, тол-щи-ной ме-нее 10 км под океа-на-ми, но бо-лее 25 км под ма-те-ри-ка-ми. Об-ра-зу-ет-ся за счет дви-же-ния ли-то-сфер-ных плит, раз-ру-ше-ния и вы-вет-ри-ва-ния гор-ных по-род и осад-ка на-ко-п-ле-ний. Океа-ни-че-ская ко-ра со-сто-ит в ос-нов-ном из ба-заль-та - по-род вул-ка-ни-че-ско-го про-ис-хо-ж-де-ния, в ко-то-рых пре-об-ла-да-ет по-ле-вой шпат и пи-рок-сен. Кон-ти-нен-таль-ная ко-ра сло-же-на глав-ным об-ра-зом из гра-ни-тов и маг-ма-ти-че-ских по-род, со-дер-жа-щих пре-иму-ще-ст-вен-но кварц, каль-цие-вый по-ле-вой шпат, кис-лый пла-ги-ок-лаз и слю-ду. Плот-ность океа-ни-че-ской ко-ры боль-ше, чем плот-ность кон-ти-нен-таль-ной ко-ры. Мак-си-маль-ная кон-тра-ст-ность рель-е-фа оп-ре-де-ля-ет-ся тек-то-ни-че-ской ак-тив-но-стью Зем-ли и дос-ти-га-ет 16 - 17 км. Со вре-ме-нем не-ров-но-сти рель-е-фа умень-ша-ют-ся, «рас-те-ка-ют-ся» в след-ст-вие дей-ст-вия на зем-ную ко-ру гра-ви-та-ци-он-ных сил. По этой при-чи-не пе-ре-па-ды вы-сот в та-ких древ-них гор-ных поя-сах как, на-при-мер, Ураль-ские го-ры, не пре-вы-ша-ет 2 км.
Гид-ро-сфе-ра со-сто-ит из вод океа-нов, мо-рей, озер, рек, под-зем-ных ис-точ-ни-ков и ма-те-ри-ко-вых льдов, а так-же во-ды, со-дер-жа-щие-ся в свя-зан-ном со-стоя-нии в гид-ро-си-ли-ка-тах. Боль-шая часть гид-ро-сфе-ры (око-ло 63%) со-сре-до-то-че-на в Ми-ро-вом океа-не. На пре-сные во-ды су-ши при-хо-дит-ся не более 0,05% всех вод, со-сре-до-то-чен-ных в верх-них гео-сфе-рах Зем-ли (21,73 1020 кг). Сред-няя глу-би-на океа-на 3711 м, а наи-боль-шая 11022 м (Ма-ри-ан-ский же-лоб в Ти-хом океа-не). Сред-няя го-до-вая тем-пе-ра-ту-ра по-верх-но-сти вод океа-на 17,5 ?С. Ми-ро-вой оке-ан за-ни-ма-ет 70,8% зем-ной по-верх-но-сти. В океа-ни-че-ской во-де рас-тво-ре-ны ед-ва ли не все эле-мен-ты таб-ли-цы Мен-де-лее-ва, пре-об-ла-да-ет хлор (19,35%) и на-трий (10,76%).
Под-зем-ны-ми во-да-ми на-зы-ва-ют все во-ды, на-хо-дя-щие-ся под зем-ной по-верх-но-стью. Ес-ли во-да сво-бод-но те-чет по под-зем-но-му ка-на-лу, в тол-ще твер-дых по-род (тре-щи-ны, пе-ще-ры), то име-ет ме-сто под-зем-ный во-до-ток, ско-рость ко-то-ро-го мо-жет из-ме-рять-ся мет-ра-ми в се-кун-ду. Во-ды, про-са-чи-ваю-щие-ся че-рез рых-лые по-ро-ды (пе-сок, гра-вий, галь-ка), на-зы-ва-ют-ся фильт-рую-щи-ми-ся. В по-след-нем слу-чае во-де при-хо-дит-ся пре-одо-ле-вать си-лы тре-ния у ка-ж-до-го зер-на рых-лой по-ро-ды, а ско-рость во-до-то-ка бу-дет из-ме-рять-ся мет-ра-ми в су-тки. Са-мый ближ-ний к по-верх-но-сти Зем-ли го-ри-зонт но-сит на-зва-ние грун-то-вых вод. Под-зем-ные во-ды бы-ва-ют во-до-зные (вла-га ат-мо-сфе-ры) и юве-ни-аль-ные (из па-ров во-ды рас-ка-лен-ной маг-мы). Юве-ни-аль-ные во-ды в мес-тах не-дав-не-го вул-ка-низ-ма час-то об-ра-зу-ют ис-точ-ни-ки. Во-да, по-пав-шая в грунт, до-хо-дит до во-до-упор-но-го слоя. На-ка-п-ли-ва-ясь на его по-верх-но-сти, она обиль-но про-пи-ты-ва-ет вы-ше-ле-жа-щие по-ро-ды и об-ра-зу-ет так на-зы-вае-мый во-до-нос-ный го-ри-зонт (обыч-но он име-ет на-клон). Ко-гда по-яв-ля-ет-ся ис-кус-ст-вен-ный или ес-те-ст-вен-ный дос-туп к та-ко-му го-ри-зон-ту, воз-ни-ка-ют ар-те-зи-ан-ские ко-лод-цы. В оп-ре-де-лен-ных ус-ло-ви-ях под-сти-лаю-щим сло-ем мо-жет быть мерз-ло-та.
Озе-ра, бо-ло-та об-ла-да-ют ог-ром-ным мно-го-об-ра-зи-ем. По ге-не-зи-су озе-ра мо-гут быть лед-ни-ко-вы-ми, про-точ-ны-ми, тер-мо-кар-сто-вы-ми, со-ле-ны-ми. Бы-ва-ют озе-ра, про-мер-заю-щие до дна и час-тич-но. Есть озе-ра, в ко-то-рых сол-неч-ные лу-чи дос-ти-га-ют дна (глу-би-ной 4,5 м и ме-нее). Их час-то на-зы-ва-ют пру-да-ми, и в них име-ет-ся рас-ти-тель-ность по всей по-верх-но-сти дна. В це-лом рас-ти-тель-ная и жи-вот-ная жизнь озер очень раз-но-об-раз-на. Од-на-ко пер-во-при-чи-ной про-ис-хо-ж-де-ния боль-шин-ст-ва озер яв-ля-ет-ся тая-ние лед-ни-ков.
Бо-ло-та-ми на-зы-ва-ют уча-ст-ки зем-ной по-верх-но-сти, из-бы-точ-но ув-лаж-нен-ные пре-сной или со-ле-ной во-дой. Наи-бо-лее рас-про-стра-не-ны бо-ло-та тра-вя-ные, мо-хо-вые и сме-шан-ные.
Лед-ни-ки за-ни-ма-ют на зем-ном ша-ре пло-щадь, при-бли-зи-тель-но рав-ную 16 млн км2. Ес-ли бы весь этот лед рас-та-ял, то уро-вень Ми-ро-во-го океа-на по-вы-сил-ся бы на 50 м. Сре-ди со-вре-мен-ных лед-ни-ков гля-цио-ло-ги раз-ли-ча-ют два ти-па - ма-те-ри-ко-вые по-кро-вы, или щи-ты, и гор-ные лед-ни-ки. Наи-бо-лее круп-ные со-вре-мен-ные ма-те-ри-ко-вые лед-ни-ко-вые по-кро-вы рас-по-ло-же-ны в Ан-тарк-ти-де и Грен-лан-дии. В не-ко-то-рых их рай-онах тол-щи-на льда пре-вы-ша-ет 3200 м. На вер-ши-нах вы-со-ких гор и гор-ных хреб-тов лед-ни-ки яв-ля-ют-ся со-став-ной ча-стью гор-ных сне-гов. Вы-со-та сне-го-вой ли-нии за-ви-сит от ко-ли-че-ст-ва осад-ков. В Пи-ре-не-ях она со-став-ля-ет 2800 м, на Кав-ка-зе - 2900-3500 м, в го-рах Тянь-Ша-ня - 3500-4500 м. Наи-бо-лее рас-про-стра-не-ны лед-ни-ки скан-ди-нав-ско-го ти-па (пло-ские вер-ши-ны, не-боль-шие язы-ки) и аль-пий-ско-го ти-па (до-лин-ные, за-пол-няю-щие реч-ные до-ли-ны, и ви-ся-чие язы-ки, ха-рак-тер-ные для вы-со-ких гор).
В ре-ках те-че-ние и рас-ход во-ды оп-ре-де-ля-ет-ся на-кло-ном рус-ла, ко-то-рый, в свою оче-редь, оп-ре-де-ля-ет-ся от-но-ше-ни-ем раз-но-сти вы-сот двух пунк-тов к дли-не уча-ст-ка, рас-по-ло-жен-ной ме-ж-ду эти-ми пунк-та-ми. Ук-лон рус-ла мно-гих рав-нин-ных рек ни-чтож-но мал. Так, на-при-мер, ук-лон Вол-ги от Вол-го-гра-да до Ас-т-ра-ха-ни со-став-ля-ет 0,00002, а Днеп-ра от Ка-хов-ки до Хер-со-на - 0,00001. Это оз-на-ча-ет по-ни-же-ние уров-ня ре-ки на 2 и 1 см со-от-вет-ст-вен-но на 1 км дли-ны. Да-же из этих цифр вид-но, что строи-тель-ст-во ГЭС на Дне-пре и Вол-ге долж-но бы-ло по-ста-вить их те-че-ние на грань со-стоя-ния стоя-чей во-ды, что име-ет ме-сто на не-ко-то-рых уча-ст-ках этих рек. В за-ви-си-мо-сти от ве-ли-чи-ны ки-не-ти-че-ской энер-гии во-ды, пе-ре-но-си-мой в ре-ках, по-след-ние со-вер-ша-ют два ти-па ра-бо-ты: 1) ки-не-ти-че-ская энер-гия во-ды пре-одо-ле-ва-ет си-лу тя-же-сти и си-лу сце-п-ле-ния час-ти-чек, сла-гаю-щих дно и стен-ки рус-ла; 2) ки-не-ти-че-ская энер-гия во-ды не дос-та-точ-на для пе-ре-но-са час-тиц. Ре-зуль-та-том пер-во-го ви-да ра-бо-ты яв-ля-ет-ся эро-зия ок-ру-жаю-щих бе-ре-гов; вто-ро-го - от-ло-же-ние, ак-ку-муля-ция ма-те-риа-ла и по-вы-ше-ние дна.
Про-до-воль-ст-вен-ные за-па-сы Ми-ро-во-го океа-на ог-ром-ны. Здесь оби-та-ет 150 тыс. ви-дов гид-ро-био-нтов с об-щей мас-сой при-бли-зи-тель-но 30 млрд т. Мас-са во-до-рос-лей со-став-ля-ет 1,7 млрд т, но они еже-днев-но про-из-во-дят поч-ти в 10 раз боль-ше ор-га-ни-че-ски ве-ществ, чем ос-таль-ные гид-ро-био-нты, т. к. био-ло-ги-че-ская ак-тив-ность их пре-вы-ша-ет та-ко-вую дру-гих ви-дов при-бли-зи-тель-но в 200 раз.
Ат-мо-сфе-ра Зем-ли - это ее га-зо-вая (воз-душ-ная) обо-лоч-ка, рас-про-стра-няю-щая-ся до вы-сот бо-лее 100 км. Ат-мо-сфе-ра вра-ща-ет-ся вме-сте с Зем-лей. У по-верх-но-сти Зем-ли со-вре-мен-ная ат-мо-сфе-ра со-сто-ит в ос-нов-ном из азо-та (78,1%) и ки-сло-ро-да (21%). Дав-ле-ние и плот-ность воз-ду-ха с вы-со-той убы-ва-ют. На вы-со-те 20-25 км на-хо-дит-ся слой озо-на, пре-до-хра-няю-щий жи-вые ор-га-низ-мы на Зем-ле от вред-но-го для ко-рот-ко-вол-но-во-го из-лу-че-ния. В ат-мо-сфе-ре час-то вы-де-ля-ют 5 сло-ев: тро-по-сфе-ра (дос-ти-га-ет на эк-ва-то-ре тол-щи-ны 16-18 км), стра-то-сфе-ра (до-хо-дит до 55 км), ме-зо-сфе-ра (дос-ти-га-ет вы-со-ты 80 км, у верх-ней гра-ни-цы тем-пе-ра-ту-ра 80-90 ?С), ио-но-сфе-ра (рас-по-ло-же-на до вы-со-ты 800 км, ока-зы-ва-ет зна-чи-тель-ное влия-ние на рас-про-стра-не-ние ра-дио-волн), эк-зо-сфе-ра (про-сти-ра-ет-ся от ио-но-сфе-ры до 2000-3000 км, эф-фек-тив-ная тем-пе-ра-ту-ра по-ряд-ка 2000 ?С). Для ат-мо-сфе-ры Зем-ли ха-рак-те-рен так на-зы-вае-мый пар-ни-ко-вый эф-фект, обу-слав-ли-вае-мый по-гло-ще-ни-ем мо-ле-ку-ла-ми H2O, CO2 и O3 те-п-ло-во-го из-лу-че-ния на-гре-то-го сол-неч-ны-ми лу-ча-ми по-верх-но-сти пла-не-ты. Тех-но-ген-ная дея-тель-ность че-ло-ве-ка рез-ко уве-ли-чи-ла в ат-мо-сфе-ре со-дер-жа-ние уг-ле-ки-сло-го га-за CO2, в этой свя-зи пар-ни-ко-вый эф-фект пред-став-ля-ет опас-ность для здо-ро-вья лю-дей.
Воздух в атмосфере загрязнен: даже над открытым морем в 1 см3 содержится более 1000 пылинок. В атмосферу с земной поверхности непрерывным потоком поступают всевозможные примеси, порождаемые геохимическими и биологическими процессами, а также человеческой деятельностью. Прежде чем вернуться на Землю, в почву или воды, эти веще-ст-ва вме-сте с по-то-ка-ми воз-ду-ха стран-ст-ву-ют в ат-мо-сфе-ре, уча-ст-вуя в микрохимических и мик-ро-фи-зи-че-ских про-цес-сах.
Маг-ни-то-сфе-ра Зем-ли про-сти-ра-ет-ся на де-сят-ки и да-же сот-ни ты-сяч ки-ло-мет-ров. Со-стоя-ние маг-ни-то-сфе-ры оп-ре-де-ля-ет-ся взаи-мо-дей-ст-ви-ем маг-нит-но-го по-ля Зем-ли с по-то-ка-ми кос-ми-че-ских, осо-бен-но вы-со-ко-энер-ге-ти-че-ских, час-тиц. Кон-фи-гу-ра-ция си-ло-вых ли-ний маг-нит-но-го по-ля Зем-ли та-ко-ва, что дви-жу-щие-ся по ним час-ти-цы по-па-да-ют в так на-зы-вае-мые ло-вуш-ки, кур-си-руя от Се-вер-но-го по-лу-ша-рия в Юж-ное и об-рат-но. Маг-нит-ные ло-вуш-ки по-доб-но озо-но-во-му слою за-щи-ща-ют жи-вые ор-га-низ-мы Зем-ли от вред-ных для них из-лу-че-ний. К со-жа-ле-нию, тех-ни-че-ская дея-тель-ность че-ло-ве-че-ст-ва не толь-ко раз-ру-ша-ет не толь-ко озо-но-вый слой, но и маг-нит-ные ло-вуш-ки. Про-бле-мы с озо-но-вым сло-ем ста-ли пре-дель-но ак-ту-аль-ны-ми уже в на-ши дни. Про-бле-мы с маг-нит-ны-ми ло-вуш-ка-ми ожи-да-ют че-ло-ве-че-ст-во в бу-ду-щем, воз-мож-но весь-ма не-да-ле-ком.
Маг-нит-ные яв-ле-ния, на-блю-дае-мые на зем-ной по-верх-но-сти, в ат-мо-сфе-ре и кос-мо-се, да-ют ос-но-ва-ние счи-тать Зем-лю ог-ром-ным маг-ни-том с дву-мя чет-ко вы-ра-жен-ны-ми маг-нит-ны-ми по-лю-са-ми. Се-вер-ный маг-нит-ный по-люс на-хо-дит-ся в Се-вер-ной Аме-ри-ке на по-лу-ост-ро-ве Бо-тия (70?53 се-вер-ной ши-ро-ты и 96?453 за-пад-ной дол-го-ты). Юж-ный маг-нит-ный по-люс на-хо-дит-ся в Ан-тарк-ти-де на стан-ции Вос-ток (75?6 юж-ной ши-ро-ты и 154?8 вос-точ-ной дол-го-ты). Ли-нии маг-нит-ных сил об-ра-зу-ют маг-нит-ные ме-ри-диа-ны, ко-то-рые не сов-па-да-ют с гео-гра-фи-че-ски-ми. В дей-ст-вии маг-нит-ных сил встре-ча-ют-ся ано-ма-лии, ко-то-рые ино-гда име-ют рас-про-стра-не-ние на ты-ся-чи ки-ло-мет-ров. Име-ют ме-сто и маг-нит-ные бу-ри, бла-го-да-ря ко-то-рым воз-ни-ка-ют серь-ез-ные ра-дио-по-ме-хи, вплоть до пре-кра-ще-ния свя-зи. Ус-та-нов-ле-но, что маг-нит-ные бу-ри тес-но свя-за-ны с по-ляр-ны-ми сия-ния-ми и име-ют 11-лет-нюю пе-рио-дич-ность, сов-па-даю-щую с 11-лет-ней пе-рио-дич-но-стью воз-ник-но-ве-ния сол-неч-ных пя-тен. Маг-нит-ное по-ле Зем-ли име-ет яр-кую ис-то-рию, его изу-ча-ет па-лео-маг-не-тизм. Этой нау-кой бы-ли ус-та-нов-ле-ны два важ-ней-ших фак-та: 1) по-ляр-ность маг-нит-но-го по-ля Зем-ли не-сколь-ко раз ме-ня-лась на про-тя-же-нии ис-то-рии ее раз-ви-тия; 2) рас-по-ло-же-ние кон-ти-нен-тов от-но-си-тель-но маг-нит-ных по-лю-сов ра-ди-каль-но ме-ня-лось, под-чи-ня-ясь оп-ре-де-лен-ной сис-те-ме. Эти фак-ты оз-на-ча-ют не про-сто пе-ре-ме-ще-ние маг-нит-ных по-лю-сов, но и то, что кон-ти-нен-ты ме-ня-ют маг-нит-ную ори-ен-та-цию от-но-си-тель-но друг дру-га. По-след-нее яв-ля-ет-ся на-деж-ным до-ка-за-тель-ст-вом дрей-фа кон-ти-нен-тов.
4. Асим-мет-рич-ность про-цес-сов, про-те-каю-щих в гео-сфе-рах
По-верх-ность Зем-но-го ша-ра и про-цес-сы, про-те-каю-щие в его обо-лоч-ках, об-ла-да-ют яр-ко вы-ра-жен-ной асим-мет-рич-но-стью, ко-то-рую удоб-нее рас-смот-реть на ря-де при-ме-ров.
1. Возь-мем гло-бус, сде-лан-ный из мяг-ко-го ма-те-риа-ла (па-пье-ма-ше, по-ро-ло-на), и бу-дем про-ты-кать его длин-ной спи-цей на-сквозь так, что-бы спи-ца про-хо-ди-ла че-рез центр гло-бу-са. То-гда ес-ли мы вой-дем в гло-бус та, где су-ша, то обя-за-тель-но вый-дем там, где мо-ре. То есть уча-ст-ки су-ши и уча-ст-ки мо-ря сим-мет-рич-ны от-но-си-тель-но цен-тра Зем-но-го ша-ра. Сле-ду-ет от-ме-тить, что мел-ко-вод-ные при-бреж-ные зо-ны мо-рей (шель-фы) и глу-бо-ко-вод-ные ре-гио-ны Ми-ро-во-го океа-на бу-дут сим-мет-рич-ны от-но-си-тель-но цен-тра Зем-но-го ша-ра. Осо-бен-но на-гляд-ны в этом смыс-ле Арк-ти-ка и Ан-тарк-ти-ка. В цен-тре Арк-ти-ки на-хо-дит-ся оке-ан, по-кры-тый в ос-нов-ном пла-ваю-щим льдом, ко-то-рый к то-му же ак-тив-но пе-ре-ме-ща-ет-ся в пре-де-лах Се-вер-но-го Ле-до-ви-то-го океа-на. Так, на-при-мер, «па-па-нин-ская чет-вер-ка», вы-са-жен-ная в ию-не 1937 г. на Се-вер-ном по-лю-се, в фев-ра-ле 1938 г. ока-за-лась в Грен-ланд-ском мо-ре - этот путь про-де-ла-ла вы-бран-ная для дрей-фа льди-на.
2. Те-п-ло-вой ре-жим Се-вер-но-го и Юж-но-го по-лу-ша-рий асим-мет-ри-чен. Те-п-ло-вой эк-ва-тор, т.е. ли-ния, со-еди-няю-щая точ-ки на Зем-ном ша-ре, где на-блю-да-ет-ся мак-си-маль-ная сред-не-го-до-вая тем-пе-ра-ту-ра, сме-ще-ны от гео-гра-фи-че-ско-го эк-ва-то-ра к се-ве-ру в сред-нем на 10?. Та-ким об-ра-зом, се-вер-ное по-лу-ша-рие бо-лее те-п-лое, чем Юж-ное. Дей-ст-ви-тель-но, в Се-вер-ном по-лу-ша-рии са-мая низ-кая тем-пе-ра-ту-ра со-став-ля-ет -70?С, а в Юж-ном по-лу-ша-рии -90?С. Кро-ме то-го, в Юж-ном по-лу-ша-рии рас-по-ло-жен аб-со-лют-ный по-люс вет-ров (в Ан-тарк-ти-де) и «ре-ву-щие со-ро-ко-вые» ши-ро-ты - зо-на по-сто-ян-ных бурь и ура-га-нов.
Над Арк-ти-кой и Ан-тарк-ти-кой Зем-ля те-ря-ет боль-шую часть сво-его ухо-дя-ще-го в кос-мос те-п-ла. Арк-ти-ка вклю-ча-ет в се-бя ок-раи-ны ма-те-ри-ков Ев-ра-зии и Се-вер-ной Аме-ри-ки и поч-ти весь Се-вер-ный Ле-до-ви-тый оке-ан со все-ми его ост-ро-ва-ми (кро-ме нор-веж-ских), а так-же при-ле-гаю-щие час-ти Ат-лан-ти-че-ско-го и Ти-хо-го океа-нов. Сред-не-лет-ние тем-пе-ра-ту-ры в Арк-ти-ке не пре-вы-ша-ют 10?С. Ан-тарк-ти-да - са-мый вы-со-кий ма-те-рик. Сред-няя вы-со-та его - 2040 км. Сред-няя тол-щи-на льда - бо-лее 1740 км. Толь-ко 2% пло-ща-ди ма-те-ри-ка сво-бод-но ото льда.
3. Те-п-ло-вой ре-жим Вос-точ-но-го и За-пад-но-го по-лу-ша-рий так-же асим-мет-ри-чен. В Аме-ри-ке, на-при-мер, кли-мат го-раз-до бо-лее уме-рен-ный, чем в Азии. Это объ-яс-ня-ет-ся тем, что ос-нов-ные гор-ные хреб-ты Азии рас-по-ло-же-ны по па-рал-ле-лям (Тянь-Шань, Ги-ма-лаи), и воз-душ-ные мас-сы, под-ни-маю-щие-ся в эк-ва-то-ри-аль-ной час-ти Азии, не мо-гут про-дви-гать-ся на Се-вер в пол-ном объ-е-ме. По-это-му так рез-ко кли-ма-ты Ин-до-ста-на, Ин-до-ки-тая от-ли-ча-ют-ся от кли-ма-та Мон-го-лии, Мань-чжу-рии, где зна-чи-тель-ные час-ти тер-ри-то-рий со-дер-жат в се-бе мно-го-лет-не-мерз-лые грун-ты. При даль-ней-шем про-дви-же-нии на Се-вер есть и вто-рая цепь гор-ных хреб-тов, рас-по-ло-жен-ных по па-рал-ле-лям (Ста-но-вой и Яб-ло-не-вый хреб-ты). Вслед-ст-вие это-го в Вос-точ-ной Си-би-ри зи-мой име-ет ме-сто ус-той-чи-вый ан-ти-ци-клон и, как след-ст-вие это-го, - низ-кие от-ри-ца-тель-ные тем-пе-ра-ту-ры.
В за-пад-ном по-лу-ша-рии боль-ше во-ды, чем в Вос-точ-ном, и это смяг-ча-ет аме-ри-кан-ский кли-мат. Кро-ме то-го, Се-вер-ная Аме-ри-ка с обе-их сто-рон омы-ва-ет-ся мощ-ны-ми те-че-ния-ми (Гольф-ст-ри-мом и Се-вер-ным Ти-хо-оке-ан-ским).
5. Современные концепции развития геосфер
Раз-ра-бот-ка не-клас-си-че-ской кон-цеп-ции гло-баль-ной эво-лю-ции Зем-ли по-зво-ли-ла с но-вых по-зи-ций пред-ста-вить раз-ви-тие гео-сфер-ных обо-ло-чек. Речь от-нюдь не идет о кон-ста-та-ции фак-тов, они ин-тер-пре-ти-ру-ют-ся в прин-ци-пи-аль-но но-вой кон-цеп-ту-аль-ной ма-не-ре. Имен-но в этой свя-зи ни-же рас-смат-ри-ва-ет-ся раз-ви-тие гео-сфер-ных обо-ло-чек.
В не-клас-си-че-ской кон-цеп-ции гло-баль-ной эво-лю-ции Зем-ли в объ-яс-не-нии ди-на-ми-че-ских ис-то-ков раз-ви-тия гео-сфер-ных обо-ло-чек ре-шаю-щее зна-че-ние при-да-ет-ся: од-но-род-но-сти хи-ми-че-ско-го со-ста-ва пер-вич-ной Зем-ли; из-ме-не-нию ее тер-мо-ди-на-ми-че-ских со-стоя-ни-ем под воз-дей-ст-ви-ем энер-ге-ти-че-ских по-то-ков; при-об-ре-те-нию рас-плав-лен-ным ве-ще-ст-вом Зем-ли те-ку-че-под-виж-ных со-стоя-ний, при-во-дя-щих к хи-ми-ко-пло-ско-ст-ной диф-фе-рен-циа-ции это-го ве-ще-ст-ва; об-ра-зо-ва-нию в ре-зуль-та-те диф-фе-рен-циа-ции ве-ще-ст-ва Зем-ли ее гео-сфер-ных обо-ло-чек; эво-лю-ции гео-сфер-ных обо-ло-чек в про-цес-се не-пре-кра-щаю-щих-ся из-ме-не-ний ди-на-ми-че-ских по-тен-циа-лов Зем-ли.
Энер-ге-ти-че-ская ди-на-ми-ка Зем-ли оп-ре-де-ля-ет-ся в ос-нов-ном тре-мя со-став-ляю-щи-ми: энер-ги-ей гра-ви-та-ции (ок. 82%), энер-ги-ей ра-дио-ак-тив-но-го рас-па-да (ок. 12%), при-лив-ной энер-ги-ей (ок. 4%). Что ка-са-ет-ся сол-неч-ной энер-гии, то она, час-тич-но по-гло-ща-ясь внеш-ни-ми гео-сфер-ны-ми обо-лоч-ка-ми, от-ра-жа-ет-ся ими же в кос-мос. Сле-ду-ет от-ме-тить, что Зем-ля ста-ла тек-то-ни-че-ски ак-тив-ной да-ле-ко не сра-зу, а лишь по-сле ее ра-зо-гре-ва, ко-то-рый из-за на-ли-чия при-лив-ных сил (вы-со-та волн при-ли-ва дос-ти-га-ла 1 км) ока-зал-ся наи-боль-шим в при-по-верх-но-ст-ных сло-ях пла-не-ты. Те-п-ло-вая энер-гия из по-верх-но-сти пла-не-ты по-сте-пен-но ра-зо-гре-ва-ла все ее ве-ще-ст-во, пе-ре-во-дя его в рас-плав-лен-ное со-стоя-ние. Ве-ще-ст-ва Зем-ли, об-ла-дав-шие наи-боль-шей плот-но-стью, ста-ли диф-фун-ди-ро-вать в центр пла-не-ты.
Бы-ло вре-мя, ко-гда Зем-ля не бы-ла диф-фе-рен-ци-ро-ва-на на гео-сфер-ные обо-лоч-ки, ко-то-рые, по-доб-но всем кос-ми-че-ским объ-ек-там, воз-ни-ка-ют, про-хо-дят не-ко-то-рые эта-пы сво-ей эво-лю-ции и уми-ра-ют. Все гео-сфер-ные обо-лоч-ки яв-ля-ют-ся ре-зуль-та-том диф-фе-рен-циа-ции ве-ще-ст-вен-но-го со-ста-ва пер-вич-ной Зем-ли. Воз-ник-нув од-на-ж-ды, они при-об-ре-та-ют от-но-си-тель-ную са-мо-стоя-тель-ность и ста-но-вят-ся гео-ди-на-ми-че-ски ак-тив-ны-ми.
Та-ко-во пред-став-ле-ние в све-те не-клас-си-че-ской кон-цеп-ции гло-баль-ной эво-лю-ции Зем-ли. Не-сколь-ко вы-ше бы-ла рас-смот-ре-на ис-то-рия раз-ви-тия гео-сфер так-же с точ-ки зре-ния не-клас-си-че-ской кон-цеп-ции.
???. Заключение
Зем-ля - уни-каль-ный кос-ми-че-ский объ-ект. Пла-не-тар-ный взгляд на все про-ис-хо-дя-щие на Зем-ле про-цес-сы сфор-ми-ро-вал-ся в эпо-ху Ве-ли-ких гео-гра-фи-че-ских от-кры-тий. Эта эпо-ха ох-ва-ты-ва-ет XV - XV?? вв., ко-гда че-ло-век су-мел взгля-нуть на Зем-ной шар как на еди-ное це-лое. Ори-ен-та-ция на та-кой «взгляд» оп-ре-де-ли-ла «дух» всей по-сле-дую-щей эпо-хи, вплоть до се-ре-ди-ны XX сто-ле-тия (до ис-чез-но-ве-ния «бе-лых пя-тен» на пла-не-те). Все уст-рем-ле-ния то-го пе-рио-да бы-ли на-прав-ле-ны на дос-ти-же-ние пол-но-ты пред-став-ле-ний о Зем-ном ша-ре, что ста-ло воз-мож-ным в XX в. бла-го-да-ря по-яв-ле-нию аэ-ро-фо-то-съем-ки, а за-тем бла-го-да-ря воз-мож-но-стям фо-то-гра-фи-ро-вать Зем-лю из кос-мо-са. По-сле это-го поя-ви-лась воз-мож-ность сфор-му-ли-ро-вать ис-ход-ные по-ня-тия фи-зи-че-ской гео-гра-фии, соз-дать фун-да-мент для ис-сле-до-ва-ния зем-ных обо-ло-чек, гео-сфер. Этот пе-ри-од мож-но на-звать «пе-ре-ва-лом», пре-одо-лев ко-то-рый, од-на из важ-ней-ших на-ук ес-те-ст-во-зна-ния - гео-гра-фия пре-вра-ти-лась в стро-гую науку, и на-ча-лось ак-тив-ное изу-че-ние гео-сфер.
Со-вре-мен-ная гео-ло-гия кон-ста-ти-ру-ет тот факт, что Зем-ля име-ет слож-ную и еще не-дос-та-точ-но изу-чен-ную ис-то-рию раз-ви-тия. Зем-ля - это объ-ект, ко-то-рый про-дол-жа-ет на-хо-дить-ся в про-цес-се ста-нов-ле-ния. По-это-му изу-че-ние строе-ния Зем-ли ак-ту-аль-но и по сей день. В сво-ей ра-бо-те я по-ста-ра-юсь пе-ре-чис-лить и дать ха-рак-те-ри-сти-ку ос-нов-ным гео-сфер-ным обо-лоч-кам Зем-ли. А так-же рас-крыть кон-цеп-ции раз-ви-тия гео-сфер в со-вре-мен-ном ес-те-ст-во-зна-нии и экс-пе-ри-мен-ты со-вре-мен-ных уче-ных, по-пол-нив-шие кар-ти-ну недр Зем-ли.
Использованная литература:
1) В. А. Канке. Концепции современного естествознания. М.: Логос, 2004.
2) Забелин И. М. Физическая география в современном естествознании: вопросы истории и теории. М.: Наука, 1978.
3) Остроумов Г. Анатомия земного шара, какой она представляется сегодня // Наука и жизнь. 1996. №6.
4) Резанов И. А. История взаимодействия наук о Земле. М.: Наука, 1998.
5) Фишер Д. Рождение Земли. М.: Мир, 1990.
|
