Каталог :: Астрономия

Доклад: Земля

     Другие планеты земной группы, возможно, имеют подобные структуры и составы с
некоторыми отличиями: у Луны маленькое ядро; у Меркурия очень большое ядро
относительно диаметра планеты; мантии Марса и Луны намного более толстые; у
Луны и Меркурия нет отчетливой с химической точки зрения коры; Земля -
единственная планета с отчетливо определяемым внутренним и внешним ядром.
Обратите внимание, однако, что наши знания относительно внутреннего строения
планет носят теоретический характер даже для Земли.
Земля - самое плотное тело Солнечной системы.
Земная поверхность очень молода. В относительно короткий (по астрономическим
стандартам) период в 500 000 000 лет эрозия и тектонические процессы
разрушили и создали заново большую часть поверхности Земли, уничтожив тем
самым почти все следы ранней геологической поверхностни (типа кратеров,
появившихся в результате столкновений). Возраст Земли - от 4.5 до 4.6
миллиардов лет, а возраст самых старых известных камней - приблизительно 4
миллиарда лет. Самые старые окаменелости живых организмов имеют возраст
меньше чем 3.9 миллиардов лет.
На 71% Земная поверхность покрыта водой. Земля - единственая планета, на
которой вода может существовать в жидком виде на поверхности (хотя, возможно,
на поверхности Титана есть жидкий этан или метан и жидкая вода под
поверхностью Европы - спутника Юпитера). Жидкая вода, как мы знаем,
необходима для жизни. Способность океанов сохранять тепло также очень важна в
поддержании относительно устойчивой температуры Земли. Жидкая вода также
ответственна за эрозию и выветривание континентов Земли - процесс, уникальный
в солнечной системе сегодня (хотя, возможно, это произошло в прошлом на
Марсе).
Aтмосферу Земли составляет азот - на 77 %, кислород - 21 % со следами аргона,
двуокиси углерода и воды. Когда Земля только формировалась, в ее атмосфере,
возможно, было очень большее количество двуокиси углерода, но к нынешнему
времени большая его часть уже входит в состав карбонатных горных пород,
немного меньший его объем содержится в растворенном виде в океанах и
остальная часть использовалась и используется растениями для жизни. Очень
малое количество присутствующей сейчас в атмосфере двуокиси углерода
чрезвычайно важно для поддержания поверхностной температуры Земли через
парниковый эффект. Парниковый эффект поднимает среднюю поверхностную
температуру приблизительно на 35° C выше той температуры, которая была бы без
него; океаны были бы заморожены и жизнь была бы невозможна.
Присутствие свободного кислорода совершенно замечательно с химической точки
зрения. Кислород в атмосфере Земли производится и поддерживается
биологическими процессами. Без жизни не было бы в атмосфере и свободного
кислорода.
Взаимодействие Земли и Луны замедляет вращение Земли примерно на 2
миллисекунды в столетие. Исследования показывают, что 900 миллионов лет назад
год состоял из 481 18-часового дня.
У Земли умеренное магнитное поле, производимое электрическими токами в ядре.
Взаимодействие солнечного ветра, магнитного поля Земли и верхних слоев
атмосферы Земли вызывает полярные сияния. Нарушения в этих явлениях
заставляют магнитные полюса перемещаться относительно поверхности Земли;
северный магнитный полюс в настоящее время находится в северной Канаде.
Магнитное поле Земли и его взаимодействие с солнечным ветром также производит
радиационные пояса Ван Аллена - пару колец ионизированного газа (или плазмы).
Внешний пояс простирается на высоте от 19 000 км до 41 000 км; внутренний
пояс располагается на высоте от 7 000 км до 13 000 км.
У Земли только один естественный спутник - Луна, но на орбиту Земли были
выведены еще тысячи малых искусственных. Астероид 3753 (1986 ТО) имеет сложную
орбитальную связь с Землей; он не является нашей луной, его называют термином
"компаньон"
                               Химия Земли                               
     Что наиболее важно для геологов, исследующих нашу планету? Конечно, знание
самых общих законов, определяющих поведение вещества как на поверхности, в
земной коре, так и в глубинах земного шара. Геолог не может искать вслепую. Он
заранее должен знать, где он может найти железо, где - уран, где - фосфор,
углерод (алмазы) и т. д. Он должен знать, какие элементы сопутствуют друг другу
в земной коре, должен знать законы образования совместных месторождений
различных элементов.
Периодический закон является основой самых важных, самых широких
геохимических обобщений, которыми руководствуются геологи в своих поисках
новых месторождений того или иного элемента. В самых сложных, самых
грандиозных химических процессах, протекавших в течение сотен миллионов лет в
земной коре и продолжающихся в наши дни, сходные по своему положению в
периодической системе элементы обладают сходной геохимической судьбой. Это
позволяет геохимикам проследить их движение в земной коре и выяснить законы,
управляющие их распространением на поверхности земного шара.
Геологи знают, например, где они должны искать очень важные и нужные для
современной техники металлы осмий и иридий. Они находятся в земной коре
всегда вместе с платиной, так же как в периодической таблице Менделеева они
стоят вместе, в восьмой группе.
Мы уже знаем, что кобальт и никель сопутствуют в своих месторождениях железу
и вместе с ним находятся в таблице.
Геохимическое поведение различных элементов определяется прежде всего
строением внешних электронных оболочек их атомов. Те из них, которые обладают
законченными внешними электронными оболочками, - благородные газы, не
вступающие в химические соединения,- существуют только в земной атмосфере.
Даже гелий и радон, образовавшиеся при распаде радиоактивных элементов, не
только остаются плененными в горных породах, но и непрерывно поступают в
атмосферу.
Элементы, расположенные в коротких периодах и в начале и в конце каждого из
длинных периодов таблицы, образуют основную толщу земной коры. Это из них
состоит основная масса силикатных горных пород. Элементы, стоящие в
периодической системе в середине длинных периодов, образуют рудные, чаще
всего сульфидные, месторождения. Многие из этих элементов встречаются и в
самородном состоянии.
Периодическая система элементов помогает геохимику устанавливать общие
закономерности во взаимном сосуществовании различных элементов в горных породах
и рудах. Она дает возможность геологу находить в толще земной коры
месторождения полезных ископаемых.
     Появление и развитие жизни на Земле - это уникальное явление во всей
Солнечной системе. Но оно не случайно, а было подготовлено сочетанием ряда
благоприятных условий. Прежде всего для зарождения жизни должен был
сформироваться сложный комплекс активно взаимодействующих природных
компонентов, которые в течение чрезвычайно длительного времени в относительно
   стабильных гидротермальных условиях испытали строго направленную эволюцию.   
Эволюция Земли делится на раннюю историю и геологическую историю. Под ранней
историей подразумевается катархей. Под геологической же историей понимается все
остальное время, от архея до современной эпохи. Временная граница между двумя
главными интервалами в истории Земли точно не установлена. Но предположительно
она намечается на рубеже от 3,5 до 3,8-3,9 млрд. лет назад. Ранняя история и
геологическая история - существенно различные этапы жизни нашей планеты. Если в
раннюю историю Земля развивалась так же, как и остальные планеты - Луна,
Меркурий, Марс и Венера, - т. е. в очень медленном темпе, то путь развития
Земли в геологическое время характеризуется необыкновенно быстрой эволюцией ее
внешней области и земной коры. Все же другие планеты продолжают пребывать и в
настоящую эпоху как бы в догеологическом прошлом.    Геологическая история.
     Геологическое время эволюции Земли это принципиально новый период развития
нашей планеты в целом, особенно ее коры и природной среды.
Как только температура опустилась ниже 100° С, состояние воды, которая
находилась в атмосфере в виде горячего пара, изменилось. Водяные пары
атмосферы, а в них была сосредоточена практически вся гидросфера Земли, почти
целиком превратились в жидкость, наиболее активное состояние воды по
сравнению с ее газовой и твердой фазами. Сухая до того времени Земля стала
необычайно обводненной. Сформировались поверхностный и грунтовый стоки,
возникли водоемы, и, наконец, океаны. Начался круговорот воды в природе.
На заре геологической истории существовали обширные водоемы - моря и, вероятно,
какие-то первоначальные океаны. В 1973 г. геологи Оксфордского университета
обнаружили в юго-западной части Гренландии бурый железняк возрастом 3,76 млрд.
лет (± 70 млн. лет). Бурый железняк - осадочная порода, сформировавшаяся в
водном бассейне. Еще раньше те же геологи вместе с сотрудниками Управления
геологической съемки Гренландии обнаружили в 1971 г. метаморфизованные
осадочные породы возрастом 3,98 млрд. лет. Факт обнаружения осадочных пород
такого древнего возраста трудно переоценить. Это означает, что временной рубеж
между ранней и геологической историей проходит где-то около 4 млрд. лет назад.
Следовательно, на всю раннюю историю Земли остается всего 0,6 млрд. лет. Если
помимо внешней сферы Земли расплавлялась и центральная область, то на планете
могли образоваться океаны, близкие по объему современным. После охлаждения
земной поверхности до температуры ниже 100° С на ней образовалась огромная
масса жидкой воды, которая представляла собой не простое скопление неподвижных
вод, а находящихся в активном глобальном круговороте. Несмотря на эволюцию
этого круговорота в ходе времени, основные особенности его сохранились
неизменными. В структурном отношении круговорот, как и в настоящее время,
распадался на звенья: атмосферное (испарение, перенос влаги, осадки),
литосферное (поверхностный и подземный стоки) и океаническое. В процессе
функционирования круговорота воды в природе происходит поглощение солнечной
энергии и распределение ее по земному шару. Вода благодаря своей необычайной
подвижности и химической активности вступает во взаимодействие с природными
компонентами, способствуя их взаимосвязям, чем и обеспечивает формирование того
глобального природного комплекса, который в настоящее время называется
географической оболочкой.