Геологическая эволюция. 
Концепции современного естествознания

Земля:

• — третья по дальности от Солнца планета
• — находится от Солнца на расстоянии 1 а.е.= 150 млн. км
• — форма Земли слегка сплюснутый шар — эллипсоид
• — средний радиус Земли 6371 км
• — средняя плотность земного вещества 5,5 кг/м куб
• — наклон оси Земли к плоскости орбиты 66,5 град

В начале 20 века было открыто явление радиоактивности. Это позволило разработать метод определения абсолютного возраста геологических объектов (и любых веществ). Метод получил название изотопного (радиоактивного) датирования. С помощью этого метода установлен возраст Земли. Земля возникла примерно 4,5 млрд. лет назад.

Атмосфера Земли Окружающая Землю атмосфера условно делится на несколько слоев. Приведем их в порядке от Земли и выше.

Тропосфера — высота примерно 11 км, содержит ѕ всего воздуха атмосферы.

Стратосфера — находится над Землей на высоте 11−50 км. Это самый спокойный слой атмосферы. Там не бывает ветров, разреженный воздух и там предпочтительней летать самолетом.

Мезосфера — 50−80 км над Землей. Именно в этом слое сгорают метеориты.

Термосфера — слой очень разреженного воздуха на высоте 80−480 км над Землей. Этот слой включает в себя ионосферу — слой электрически заряженных частиц, от которого отражаются радиоволны, исходящие от Земли.

Экзосфера — верхний слой почти не содержащий воздуха.

Внутри атмосферы находится тонкий слой газа — озон. Озон — разновидность кислорода. Он поглощает испускаемые Солнцем ультрафиолетовые лучи. Если бы не было озонового слоя излучение, достигнув Земли, убило бы все живое.

Химический состав атмосферы: азот — 78%, кислород — 21%, аргон — 0,9%, водяной пар — 0,1% и далее по нисходящей: метан — 0,0006%, углекислый газ — 0,3%, аммиак — 0,1% и т. д.

Внутреннее строение Земли Не имея прямой информации о глубинах Земли (самая глубокая буровая скважина имеет глубину около 12 км), используются данные, которые дают геофизические исследования. Свойства глубоких частей планеты известны по наблюдениям за тем, с какой скоростью и в каком направлении распространяются в Земле ударные волны, возникающие при землетрясениях (их называют еще сейсмическими волнами). Сейсмические волны бывают различных типов: продольные, поперечные и поверхностные. Сквозь разные вещества эти волны двигаются с разной скоростью, их удается «уловить» и записать с помощью сейсмографов. Некоторые типы волн не распространяются через жидкие среды. Установлено, что они не проходят через внешнюю часть ядра, указывая тем самым на его жидкое состояние. Исследуя границы изменения скоростей сейсмических волн, удалось установить внутреннее строение Земли. Приведем установленные слои в порядке от поверхности Земли вглубь:

Земная кора — верхний слой горных пород, выходящий на поверхность Земли. Толщина Земной коры на континентах до70 км, а в океанах — всего 6 км. Температура у основания порядка 1000 град.С.

Мантия — это слой горных пород. Температура у основания порядка 3700 град.С. Вещество мантии (магма) находится в состоянии одновременно напоминающем и твердое. И жидкое. Мантия не находится в покое. В ней происходит круговорот веществ. Нагретые в глубине массы вещества поднимаются вверх к земной коре. Там они остывают и опускаются. Возникают гигантского масштаба вертикальные кольцеобразные течения. Вместе с верхней частью мантии земная кора образует слой толщиной около ста километров под океанами и еще больше под материками — литосферу.

Под литосферой находится узкий слой — астеносфера, находящийся частично в расплавленном состоянии таком, что его вязкость гораздо меньше, чем вязкость остальной части мантии. Толщина слоя мантии около 2900 км.

Внешнее ядро состоит из расплавленного железа. Температура у основания порядка 2200 град. С Толщина внешнего ядра около 2200 км.

Внутреннее ядро — твердый железоникелевый шар. Температура порядка 4500 град. С. Радиус ядра около 1055 км.

Химический состав земной коры: кислород — 47%, кремний — 28%, алюминий — 8%, железо — 5%, кальций — 3,6%, натрий — 2,8%, калий — 2,6%, магний — 2%.

Тектоника литосферных плит.

Перенос тепла из центра Земли вызывает перемещение магмы (вещества мантии). Горячая магма из глубины мантии поднимается, охлаждается, а затем вновь погружается, замещаясь новым горячим веществом. Это классический пример конвективной ячейки. Можно сказать, что магма бурлит так же, как вода в чайнике: и в том, и в другом случае тепло переносится в процессе конвекции.

Наверху конвективных ячеек земной мантии плавают породы, составляющие твердую поверхность Земли — так называемые литосферные плиты. Эти плиты перемещаются по слою, называемом — астеносфера. Таким образом, по поверхности Земли движутся не континенты, а литосферные плиты. Континенты и океаны это лишь попутные пассажиры.

Механизм движущий литосферные плиты это непрерывно движущиеся конвективные ячейки магмы, увлекающие плиты в движение. Со временем плиты сдвигаются, вызывая их столкновение и растрескивание, вплоть до образования новых плит или исчезновение старых. Именно благодаря этому медленному, но непрерывному перемещению литосферных плит поверхность нашей планеты все время находится в динамике, постоянно изменяясь. Так, 175 млн. лет назад все сегодняшние континенты входили в один суперконтинент — Пангею. Там, где литосферные плиты сталкиваются, там отмечаются активные вулканы и землятресения. Литосферные плиты движутся со скоростями порядка нескольких сантиметров в год. Впервые концепцию движения материков предложил А. Вегенер в 1915 году.

Магнитное поле Земли Магнитное поле Земли устроено примерно так же, как если бы внутри ее находился мощный прямоугольный магнит в виде бруска, помещенный под небольшим углом к оси вращения Земли. Основная гипотеза о происхождении магнитного поля Земли связана с движением электропроводящего вещества в жидком ядре Земли, создающее своеобразное гидромагнитное динамо.

Околоземное космическое пространство, которое контролируется магнитным полем Земли называется магнитосферой. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитного поля Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечные корпускулярные потоки, как бы огибают земную магнитосферу. Магнитное поле Земли защищает живые организмы (и человека) от губительных воздействий космических частиц. К этим частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле Земли через магнитосферу изменяет траектории их движения, направляя частицы вдоль линий поля прочь от Земли.

Формирование прото-Земли из планетозималей Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва. По мере эволюции Вселенная остывала. Новообразованные атомы собирались в гигантские облака пыли и газа. Частицы пыли сталкиваясь друг с другом, сливались в единое целое. Гравитационные силы притягивали маленькие объекты к более крупным. Материя распределялась по пространству не равномерно. Более плотные области, благодаря гравитационным силам, притягивали к себе все больше пыли и газа. Постепенно пылинки собирались в тела километрового размера, называемые планетозималями, которые на последней стадии формирования планеты сгребают почти всю пыль. Вначале рост тела происходит в силу случайности, но чем больше становится планетозималь, тем сильнее ее гравитация, тем интенсивней она поглощает своих маломассивных соседей. Когда масса планетозималей становится сравнимой с массой Луны, их гравитация возрастает настолько, что они встряхивают окружающие тела и отклоняют их в стороны еще до столкновения. Этим они ограничивают свой рост. Так возникают «олигархи» — зародыши планет со сравнимыми массами, конкурирующие друг с другом за оставшиеся планетозимали. Таким же образом образовалась наша планета и в ней образовалось ядро, которое стремительно сжималось. Из-за ядерных реакций и распада радиоактивных элементов в недрах Земли выделялось так много тепла, что образующие ее горные породы расплавились. Более легкие вещества, богатые кремнием, отделились в земном ядре от более плотного железа и никеля и образовали первую земную кору. Спустя примерно миллиард лет, когда Земля существенно охладилась, Земная кора затвердела и превратилась в прочную внешнюю оболочку нашей планеты, состоящую из твердых горных пород. Остывая, Земля выбрасывала из своего ядра множество различных газов. Обычно это происходило при извержении вулканов. Легкие газы, такие, как водород или гелий, большей частью улетучивались в космическое пространство. Однако сила притяжения Земли была достаточно велика, чтобы удержать у ее поверхности более тяжелые газы. Они-то и составили основу земной атмосферы. Часть водяных паров из атмосферы сконденсировались и на Земле. Возникли океаны. Теперь наша планета была готова к тому, чтобы стать колыбелью жизни.