ТЕМА 11 ЗЕМЛЯ КАК СРЕДА ЖИЗНЕОБИТАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СТРЕЛА

ТЕМА 11. ЗЕМЛЯ КАК СРЕДА ЖИЗНЕОБИТАНИЯ: ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СТРЕЛА ВРЕМЕНИ 1. Земля – планета Солнечной системы 2. Геологическая история Земли 3. Строение Земли 4. Концепции формирования современного облика Земли

Представления древних египтян о Земле • Мир в представлении древних египтян: внизу — Земля, над ней — богиня неба; слева и справа — корабль бога Солнца, показывающий путь Солнца по небу от восхода до заката.

Представления древних индийцев о Земле • Древние индийцы представляли Землю в виде полусферы, опирающейся на слонов. Слоны стоят на огромной черепахе, а черепаха на змее, которая, свернувшись кольцом, замыкает околоземное пространство.

Представления древних греков о Земле • Фалес (VI в. до н. э. ): Вселенную жидкая масса, внутри которой большой пузырь, имеющий форму полушария. Его вогнутая поверхность — небесный свод, на нижней, плоской поверхности, наподобие пробки, плавает плоская Земля. • Анаксимандр: Земля – отрезок колонны или цилиндра, на одном из оснований которого мы живем. Середина Земли – суша: большой круглый остров Ойкумена ( «населенная Земля» ), окруженный океаном. Внутри Ойкумены – морской бассейн, который делит ее на две части: Европу и Азию. Греция – в центре Европы, город Дельфы — в центре Греции ( «пуп Земли» ). Земля — центр Вселенной. • Последователи Пифагора (р. ок. 580 — ум. 500 до н. э. ): Земля – шар. Шаровидны и другие планеты. • Аристотель (IV в. до н. э. ) для доказательства шарообразности Земли – наблюдения за лунными затмениями: тень от Земли, падающая на полную Луну, всегда круглая. Во время затмений Земля бывает повернута к Луне разными сторонами. Но только шар всегда отбрасывает круглую тень. • Аристарх Самосский (конец IV — первая половина III в. до н. э. ) не Солнце вместе с планетами движется вокруг Земли, а Земля и все планеты вращаются вокруг Солнца.

Изменение величины Земного шара • Эратосфен Киренский (ок. 276— 194 до н. э. ) знал расстояние между Сиеной (Н) и Александрией (К) и заметил, что, когда в Сиене Солнце стоит прямо над головой (отражается в воде глубоких колодцев), в Александрии его лучи отклоняются от отвеса на 7 о 12' т. е. на 1/50 окружности. По углу между радиусами Земли и хорде он вычислил длину окружности Земли – ок. 40 000 км.

Становление наук о Земле • «Золотой» век классического землеведения – эпоха Великих географических открытий XV— XVII вв. • В период XVII — XIX вв. впервые: • была создана вполне достоверная географическая карта всего мира со многими конкретными подробностями по устройству земной поверхности н разнообразными особенностями океанов; • были получены первые представления о геологическом строении континентов, о различии их климатов, о составе растительного покрова и животного мира.

Становление наук о Земле • С 60 х гг. XVIII в. в Европе получила распространение геогнозия (греч. «учение о Земле» ) — область науки, приблизительно соответствующая нынешней геологии. • Долгое время понятия «геогнозия» , «минералогия» , «горная наука» существовали параллельно.

Структура наук о Земле • Крупнейшие разделы знаний о Земле: – геология или наука о строении земных недр и их минеральных богатств; – физическая география, охватывающая все главные сведения об устройстве земной поверхности (орография), ее гидрографии, т. е. строении речной сети и другим вод суши, растительном покрове и животном мире; – океанография и метеорология, изучающие главные свойства океанов, морей и атмосферы.

Методы изучения Земли • Изучение планет земной группы дает возможность анализировать геологические процессы, которые могли происходить на Земле и прогнозировать их развитие. • Отсутствие вулканической и тектонической деятельности на Меркурии, Венере свидетельствует о том, что они завершили цикл своей геологической истории и перешли в стадию разрушения, дезорганизации и упадка. • Земля все еще находится в стадии активной геологической деятельности, о чем свидетельствуют возобновляющиеся извержения вулканов, случаи землетрясений в разных местах, постепенное изменение рельефа на поверхности континентов и особенно океанического дна, континентальные дрейфы и т. п.

Методы изучения Земли – Исследования глубинных структур Земли с помощью сейсмических волн, – отождествление их состава и структур с составом метеоритов, которые образовались из того же протопланетного вещества, что и Земля, – изучение магнитного поля Земли в далеком прошлом на основании измерения остаточной намагниченности земных пород.

Земля в Солнечной системе • Земля третья планета по счету от Солнца. • Она вращается вокруг одного из своих диаметров — земной оси, которая пересекается с ее поверхностью в северном и южном географических полюсах. • Один оборот вокруг Солнца Земля совершает за 365 дней 6 часов 9 мин. 9 сек. Этот период обращения называется звездным годом. • Один оборот вокруг оси Земля совершает за 23 час. 56 мин. 4 сек. ; этот промежуток времени называется звездными сутками. • По своей форме Земля представляет собой геоид, приближающийся геометрически к сфероиду. Гравитационное поле Земли обусловливает ее сферическую форму, а также удерживает атмосферу.

Земля как геоид Условные сечения Земли по нулевому (Гринвичскому) меридиану и экватору Пунктир эллипсоид. Сплошная линия на первом сечении геоид.

Земля в Солнечной системе

Смена времен года

Геологическая история Земли • Земля возникла около 4, 7 млрд. лет назад. • Геологическая история Земли подразделяется на крупные промежутки — эры; эры — на периоды, периоды — на века. • Это разделение относительно, потому что резких разграничений между этими подразделениями не было. • Однако на рубеже соседних эр, периодов преимущественно происходили существенные геологические преобразования: горообразовательные процессы, перераспределение суши и моря, смена климата и пр. • Кроме того, каждое подразделение характеризовалось качественным своеобразием флоры и фауны.

История Земли Если всё время существования планеты Земля представить в виде циферблата, то каждый час будет равняться 187, 5 млн. лет. Около двадцати с половиной часов (3, 8 млрд. лет) придётся на докембрий, на протяжении которого на Земле господствовали бактерии. Кайнозойская эра, длящаяся по сей день, займёт лишь около двух минут. Человек по этим часам не прожил ешё и полминуты.

Основная геохронологическая схема •

Упрощенный вид геохронологической шкалы •

Наш геологический адрес • Эра – кайнозой (67 млн. – до нашего времени) • Период – четвертичный, иногда называемый антропоген (3 млн. – наше время) • Век – голоцен (20 тыс. лет – наше время).

Геосферные оболочки Внутренние оболочки Земли: • ядро, • мантия и • земная кора, Внешние оболочки: • литосфера, • гидросфера • атмосфера. Все эти сферы непрерывно взаимодействуют между собой. Об этом свидетельствует не только продолжающаяся тектоническая деятельность внутренних оболочек Земли, но и постоянное воздействие атмосферы и гидросферы, а также позднее возникшей биосферы — на процессы, происходящие в земной коре.

Внутреннее строение Земли

Строение Земли и земной коры • Оболочки земного шара: • А — земная кора; • В и С — верхняя мантия; • D — нижняя мантия; • Е — внешняя часть ядра; • F — переходная зона • между внутренним • и внешним ядром; • G — внутреннее ядро; • d — плотность; • р — давление. • Цифрами указаны глубины границ в км.

ЯДРО • Внутренняя часть – твердое тело, на 80% состоящее из железа и на 20% — из никеля. • Внешняя часть ядра находится в жидком состоянии и содержит железо и жидкую смесь железа и серы. • Ядро занимает 16% земного шара по объему и 31, 5% по массе. • Температура внутреннего ядра составляет 4500 °С, а внешней его части 3200°С.

МАНТИЯ • Объем мантии составляет 83% объема Земли, а масса – 67% массы нашей планеты. • Мантия состоит в основном из силикатов, являющихся соединениями кремния; в нижней ее части преобладают, по видимому, хондриты, подобные каменным метеоритам (содержат хондры — сферические или эллиптические образования силикатного состава). • хондриты образовались непосредственно из протопланетного облака, окружающего Солнце, путём конденсации вещества и аккреции пыли с промежуточным нагреванием. • Верхняя часть мантии непосредственно связана с земной корой.

ВЕРХНЯЯ ЧАСТЬ МАНТИИ • В ней происходит образование пород, из которых складывается земная кора; • именно кора вместе с частью подстилающей мантии образует литосферу (от litos камень); • литосфера как бы плавает в самой верхней части мантии, которую называют астеносферой.

Земная кора • Земная кора занимает: • около 1% Земли по объему • около 0, 5 % по массе.

Структуры земной коры • Французский геолог Гюстав Эмиль Ог (1861 1927) на основе открытий американских геологов Джеймса Холла (1811 98) и Джеймса Дана (1813 – 1895) выделил две основные группы тектонических структур: • подвижные межматериковые прогибы (подвижные зоны земной коры) • «континентальные площади» – платформы.

Строение земной коры

Структуры земной коры • Межматериковые прогибы называют геосинклиналями (от греч. synklino — «наклоняюсь» ). Они часто бывают заполнены осадочными толщами, мощность которых может составлять 15 – 20 км, тогда как на платформах — всего 2 8 км.

Образование геосинклиналей • • • Протяженность геосинклинальных поясов – до 10 – 20 тыс. км, они развивались многие сотни миллионов лет. Первая стадия: геосинклиналь прогибается, и в ней накапливаются толщи отложений мощностью до 10 – 20 км. Вторая стадия: слои отложений, накопленные в геосинклинали, сминаются в складки и поднимаются, образуя горные хребты. Последняя фаза – орогенная (от греч. oros – гора) – включает образование гор, когда геосинклинальный пояс медленно превращается в орогенный (горный) пояс. После этого горы размываются, и геосинклиналь превращается в платформу – поверхность с очень медленными, слабыми вертикальными движениями. На платформах наблюдаются слои осадочных горных пород мощностью 2 3 км.

Геологический разрез через Восточно Европейскую платформу по линии Восточные Карпаты — Урал Геологический разрез через 5 — пермь; 13 — гранитные интрузии Восточно Европейскую 6 — карбон; (по М. В. Муратову). платформу по линии 7 — девон; Восточные Карпаты — 8 — силур; Урал: 9 — палеозой; 1— неоген; 10 — рифей; 2 — палеоген; 11 —протерозой; 3 — мел; 12 — архей; 4 — юра

Геологические разрезы складчатой области Геологические разрезы 1 — неоген; 4 — юра; складчатой области. 2 — палеоген; 5 — триас; Разные формы складок. 3 — мел; 6 — гнейсы и граниты.

Структура земной коры • Осадочный слой в геосинклиналях и на платформах подстилается «гранитным» . Этот слой назван так потому, что скорости сейсмических волн в нем такие же, как в граните. Под ним залегает «базальтовый» слой, названный так опять по скоростям сейсмических волн. Действительный состав его неизвестен. • Океаническая кора устроена иначе, чем материковая, хотя тоже разделяется на три слоя. Гранитного слоя в ней нет совсем. Осадочный слой обычно очень тонок менее 1 км. Под ним лежит слой, состав которого неизвестен, поэтому его называют просто вторым слоем. Третий слой — «базальтовый» .

Структура земной коры

Образование атмосферы • Небольшое количество кислорода в атмосфере появилось первоначально вследствие усиленной дегазации земных пород, при которой из них выделялись пары воды и газы. • Поскольку температура на поверхности Земли была более низкой, пары воды конденсировались в жидкость и образовали ее гидросферу. • Атмосфера теряла легкие газы — водород и гелий, но сохраняла более тяжелые — кислород и азот. • Образование газов и паров воды могло произойти за счет разогревания земных пород и слоев в результате радиоактивного распада веществ, содержащихся внутри Земли. • В дальнейшем некоторая часть кислорода стала попадать в атмосферу благодаря разложению углекислого газа простейшими микроорганизмами, а в последующем значительное количество кислорода постоянно поступает в результате реакции фотосинтеза растений. • Таким способом, возникшая жизнь на нашей планете поддерживала свое существование.

Атмосфера • В настоящее время атмосфера у поверхности Земли по химическому составу на 78, 1% состоит из азота, на 21% из кислорода, на 0, 9 % из аргона и незначительных долей процента других газов (водород, углекислый газ, гелий, неон). • Плотность воздуха и его давление с высотой убывают, а температура хотя в целом понижается, но изменяется более сложным образом. • В нижних слоях атмосферы содержится также водяной пар, который играет существенную роль в процессе обмена влагой и теплом с поверхностью Земли. • На высоте около 25 км находится озоновый слой, который предохраняет все живое на Земле от губительных космических, рентгеновских и других жестких излучений.

Атмосфера • • • • • 1 — максимальная высота гор 2 – облака слоистые 3 — облака кучевые 4 — облака перистые 5 — облака перламутровые 6 — облака серебристые 7 — стратостат «Осоавиахим» 8 — радиозонд 9 — метеоракета 10 — геофизическая ракета 11 — метеоспутник 12 —звуковые волны 13 — средние радиоволны 14 — короткие радиоволны 15 —полярные сияния 16 — полярные сияния в верхней ионосфере 17 —метеоры 18 — слой озона

Образование гидросферы • Гидросфера занимает большую часть поверхности Земли – 70%. • Возникла вместе с атмосферой на очень ранней стадии формирования нашей планеты, а быть может, даже вместе с самой Землей. • В процессе формирования Земли сначала из тяжелых частиц образовалось протоядро, которое присоединило к себе вещество, ставшее впоследствии мантией. • Действие гравитационных сил привело к интенсивному сжатию вещества Земли. • Одновременно происходил процесс усиленной дегазации, при котором выделялись газы и пары воды. • Попадая на поверхность планеты, где температура была более низкой, пары воды конденсировались в жидкость, легкие газы — водород, гелий и некоторые другие газы покидали планету, а более тяжелые кислород и азот удерживались гравитационными силами и составили в дальнейшем атмосферу Земли.

КОНЦЕПЦИИ ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОГО ОБЛИКА ЗЕМЛИ • Нептуническая (1787, Абраам Готлоб Вернер): решающую роль принадлежит воде. Вещества, выпадавшие из вод Мирового океана, оседали на его дне и формировали горы, долины, ущелья. С понижением уровня океана появилась суша. • Плутоническая (1795, Джеймс Геттон): «подземный жар» в недрах Земли приводит не только к расплавлению осадочных пород, которые превращаются в граниты и базальты, но и к образованию на по верхности планеты континентов.

КОНЦЕПЦИИ ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОГО ОБЛИКА ЗЕМЛИ • • Контракционная (1852, Эли де Бомон, 1798 1874): первоначально Земля расплавленное сферическое тело. По мере охлаждения на её поверхности появились пятна застывших «корок» , а затем сплошная твёрдая кора. Поскольку расплавы под корой продолжали остывать, происходило сжатие твёрдой поверхности планеты. Возникли крупные складки земной коры – горные системы. Теории катастроф (Кристиан Леопольд фон Бух, 1774 – 1853, и Александр фон Гумбольдт. 1767 1835): в чрезвычайно короткие промежутки времени на Земле возникали целые системы горных хребтов, вулканов, крупные наступления моря на сушу. Газы и водяные пары, накапливаясь в магме, увеличивали её объём. Магма искала новые пути выхода на поверхность, внедрялась в осадочные толщи, образуя складки, разрывы, трещины. В результате появлялись не только вулканические горы, но и целые горные страны.

КОНЦЕПЦИИ ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОГО ОБЛИКА ЗЕМЛИ • Эдуард Зюсс (1831 – 1914): земная кора сжимается и сминается в складки, образуются горные хребты. В далёком прошлом Южная Америка, Африка, Аравийский полуостров и полуостров Индостан составляли единый материк Гондвану. Впоследствии отдельные части Гондваны опустились под воду.

КОНЦЕПЦИИ ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОГО ОБЛИКА ЗЕМЛИ • Антонио Снидер (1802– 1885) в середине XIX в. первым догадался совместить линии побережий Атлантического океана. • В результате получился один огромный континент. • Книга Антонио Снидера «Мироздание и его разоблачённые тайны» напечатана в Париже в 1858 г.

Идея А. Снидера

Концепция Альфреда Вегенера Страница книги Альфреда Вегенера, изданной в 1924 г. Таким образом Вегенер представлял себе суперконтинент Пангею и её последующий распад с образованием Атлантического и Индийского океанов

Тектоника литосферных плит • В 50 – 60 х гг. ХХ в. были получены новые результаты геологических палеогеографических, сейсмических наблюдений, что позволило на основе идеи дрейфа материков, высказанной Вегенером, создать теорию тектоники литосферных плит. • Каменная оболочка Земли не представляет собой единого целого, а состоит из частей, называемых литосферными плитами. • Движение литосферных плит толщиной 100 – 130 км можно образно представить как ленту конвейера. • Oт осей срединно океанических хребтов, где базальтовая магма изливается на поверхность, литосфера перемещается к областям глубоководных желобов, и там её вещество вновь скрывается в мантии.

Тектоника литосферных плит • Если литосферные плиты удаляются друг от друга, на поверхности земной коры появляются глубокие расселины – рифты, протянувшиеся вдоль подводных срединно океанических хребтов. Такие границы называют дивергентными (от англ. divergent — «расходящийся» ). • Если плиты сходятся, границы между ними называют конвергентными (от англ. convergent — «сходящийся» ). В рельефе такие границы выражены глубоководными желобами и островными дугами (главным образом на обрамлении Тихого океана) или же высокими горами.

Схема тектоники плит • Разрастание (спрединг) океанической литосферы происходит за счёт подъёма базальтовой магмы, которая выплавляется из мантии. Конвективные течения раздвигают литосферные плиты в стороны и затягивают их обратно в мантию.

Литосферные плиты Земли

Схематические разрезы различных типов границ между литосферными плитами по Дж. Дьюи и Дж. Берду

Объединение материков • Современные данные позволили сформулировать гипотезу, что в истории Земли континенты не менее пяти раз объединялись в суперконтиненты, образуя поочередно • Лаурентию (1, 9 млрд. лет назад), • безымянный (1, 5 млрд. лет назад), • Роднию (1 млрд. лет назад), • Гондвану (650 млн. лет назад), • Пангею (250 млн. лет назад).

Распад материков

Положение материков и океанов в силурийский период (443— 417 млн. лет назад)

Положение материков и океанов в триасовый период (248, 2— 205, 7 млн. лет назад)