Geum.ru

История Земли: геологическая шкала времени

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   2   3
. Химико-плотностная дифференциация вещества в мантии и ядре Земли как важнейший динамический фактор эволюции Земли

Общепринято, по вещество каменной оболочки разделилось по плотности. Вниз опустились тяжелые химические элементы, сформировав железо-никелевое ядро. Верхняя граница его находится на глубине 2900 км от дневной поверхности. На поверхности Земли таково расстояние от Москвы до Новосибирска.

Промежуточное положение занимает мантия, т. е. покрывало ядра. Сложена она силикатами магния и железа. На самом верху расположена верхняя оболочка – земная кора. На материках она имеет двухслойное строение: нижний слой базальтовый, а верхний гранитный. Под дном океанов гранитный слой отсутствует.

Первоначально принималось, что дифференциация земного вещества произошла, когда земной шар был в расплавленном состоянии. Вниз опустились тяжелые вещества, давшие ядро, вверх всплыли легкие, сформировавшие земную кору. Промежуточное положение занимает мантия.

Но к началу XX в. наличие атмосферы, гидросферы и биосферы обязало отказаться от идеи первично расплавленного земного шара, в противном случае легкие химические элементы: водород, азот, кислород, не были бы удержаны Землей и улетели бы в Космос. Нужно были признать, что оснований для выделения ядра, мантии и земной коры изначально не было. Но придуманная картина глубинного строения из ядра, мантии и земной коры была настолько красивой, что отнести ее к исторической справке и ложной по сути люди не могли.

Выход был найден следующим. Да, Земля образовалась из холодного обломочного космического материала. Но затем тепло от распада радиоактивных изотопов урана, тория, калия и других элементов вызвало расплавление земного вещества, а с ним и дифференциацию его по плотности до ядра, мантии и земной коры. Хотя какая разница: разогрев был первичным или вторичным. Наша планета не имела бы атмосферы, гидросферы и биосферы.

Между тем, нет ни одного факта, свидетельствующего о прошедшей дифференциации земного вещества по плотности.

1. Ядро принимается железо-никелевым (с учетом состава железных метеоритов), потому что вниз опустились тяжелые железо и никель. Плотность (в г/см3) железа – 7,87, а никеля – 8,9. А есть металлы, распространенные в самородном виде, не в соединении с другими химическим элементами, тяжелее железа и никеля? Конечно! Это платина – 21,45, золото – 19,32, ртуть – 13,6 и др. Где бы находились эти самородные металлы? В ядре, и отсутствовали бы на поверхности литосферы. Но месторождения платины, золота, ртути встречаются на поверхности каменной оболочки с выклиниванием на глубину. О разделении земного вещества по плотности с погружением его тяжелой части рассказывают в школе учителя, в вузе преподаватели с золотыми кольцами на пальцах, серьгах в ушах. А еще имеются цепочки, браслеты, броши и прочее. Но ведь этого ничего не должно было быть, если бы прошла дифференциация земного вещества по плотности.

2. Если бы железо опустилось вниз и образовало ядро, то не было бы месторождений железа на поверхности. В любом случае, содержание оксида железа в веществе литосферы с глубиной должно было бы увеличиваться. Проверим, как ли это. Для этого выясним, в каком порядке в литосфере залегают горные породы и сколько в них содержится оксидов железа.

На поверхности каменной оболочки образуются и находятся базальты – продукты остывания излившейся из вулканов лавы. Саму поверхность слагают глины, в меньшем количестве пески. На глубине формируются граниты.

Содержание оксидов железа (Fe2O3+FeO) в базальте – 4,22+6,80, в глине – 6,70, в граните – 1,54+1,58. Отчетливо видно, что содержание оксидов железа с глубиной уменьшается, а не увеличивается.

3. Считается само собой разумеющим, что плотность вещества каменной оболочки земного шара с глубиной увеличивается. Вызвано это тем, что вышележащие слои сдавливают вещество нижележащий слоев, расстояние между атомами в нем уменьшаются, а плотность его возрастает.

Однако, плотность базальта – 3,10, глины – 2,90, гранита – 2,65. Делаем вывод: с глубиной в наблюдаемой части литосферы плотность горных пород уменьшается. Вызвано это тем, что с глубиной происходит многократная перекристаллизация вещества литосферы: мелкокристаллические сланцы сменяются среднекристаллическими гнейсами, а те – крупнокристаллическими гранитами. При перекристаллизации вещество освобождается от примесей, какими для минералов-силикатов служат катионы металлов. Металлы, в основном, тяжелее остающегося в веществе при перекристаллизации кремния (оксида кремния), поэтому удаление вверх металлов и приводит к уменьшению плотности вещества с глубиной.

Таким образом, представление о прошедшей дифференциации земного вещества по плотности с формированием ядра, мантии и земной коры является симулякром. Ноотик – плотность горных пород в наблюдаемой части каменной оболочки уменьшается, так как при перекристаллизации его с увеличением размера кристаллов вверх удаляются металлы, оставляя на глубине легкий оксид кремния.

Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся разнообразные воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы на биологические системы. Выделяют следующие основные абиотические факторы:

– световой режим (освещенность);

– температурный режим (температура);

– водный режим (влажность),

– кислородный режим (содержание кислорода);

– физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление);

– химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных химических веществ).

Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ).

Неблагоприятные факторы, вызывающие стресс, называются стрессорами.

Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов.

По отношению к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов.

Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» – растение), -филы (от «филео» – люблю), -трофы (от «трофе» – пища), -фаги (от «фагос» – пожиратель). Корень -фиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), корень -филы – по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), корень -трофы – по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, корень -фаги – по отношению к животным, а также некоторым вирусам.

Рассмотрим некоторые экологические группы организмов, различающихся по отношению к разным абиотическим факторам.

Световой режим оказывает прямое влияние, в первую очередь, на растения. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические группы растений:

– гелиофиты – светолюбивые растения (растения открытых пространств, постоянно хорошо освещаемых местообитаний). Характерные адаптации: укороченные междоузлия, сильное ветвление, листья мелкие или с рассеченной пластинкой, хорошо развиты покровные и механические ткани, часто развито опушение, часто имеется восковой налет, палисадная хлоренхима многослойная, хлоропластов много, но они мелкие.

– сциофиты – тенелюбивые растения, которые плохо переносят интенсивное освещение (растения нижних ярусов тенистых лесов). Характерные адаптации: крупные тонкие листья, характерна листовая мозаика, палисадная хлоренхима однослойная, хлоропластов мало, но они крупные.

– факультативные гелиофиты – теневыносливые растения (предпочитают высокую интенсивность света, но способны развиваться и при пониженной освещенности). Эти растения обладают частично признаками гелиофитов, частично – признаками сциофитов.

Температурный режим. Повышение устойчивости растений к пониженным температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением поверхности (например, за счет листопада, преобразованием типичных листьев в хвою). Повышение устойчивости растений к высоким температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением нагреваемой площади, образованием толстой корки (существуют растения–пирофиты, которые способны переносить пожары).

Животные осуществляют регуляцию температуры тела различными способами:

– биохимическая регуляция – изменение интенсивности обмена веществ и уровня теплопродукции;

– физическая терморегуляция – изменение уровня теплоотдачи;

– этологическая терморегуляция (поведенческие реакции).

В зависимости от климатических условий у близких видов животных наблюдается изменчивость размеров и пропорций тела, которые описываются эмпирическими правилами, установленными в XIX веке. Правило Бергмана – если два близких вида животных отличаются размерами, то более крупный вид обитает в более холодных условиях, а мелкий – в теплом климате. Правило Аллена – если два близких вида животных обитают в разных климатических условиях, то отношение поверхности тела к объему тела уменьшается с продвижением в высокие широты.

Водный режим. Растения по способности поддерживать водный баланс делятся на пойкилогидрические и гомейогидрические. Пойкилогидрические растения легко поглощают и легко теряют воду, переносят длительное обезвоживание. Как правило, это растения со слабо развитыми тканями (мохообразные, некоторые папоротники и цветковые), а также водоросли, грибы и лишайники. Гомейогидрические растения способны поддерживать постоянное содержание воды в тканях. Среди них выделяют следующие экологические группы:

– гидатофиты – растения, погруженные в воду; без воды они быстро погибают;

– гидрофиты – растения крайне переувлажненных местообитаний (берега водоемов, болота); характеризуются высоким уровнем транспирации; способны произрастать лишь при постоянном интенсивном поглощении воды;

– гигрофиты – требуют влажных почв и высокой влажности воздуха; как и растения предыдущих групп не переносят высыхания; теневые гигрофиты – растения нижних ярусов сырых лесов (недотрога, цирцея альпийская); световые гигрофиты – растения открытых переувлажненных местообитаний (росянка, подмаренник болотный);

– мезофиты – требуют умеренного увлажнения, способны переносить кратковременную засуху; это большая и неоднородная группа растений;

– ксерофиты – растения, способные добывать влагу при ее недостатке, ограничивать испарение воды или запасать воду; для ксерофитов характерны: хорошо развитая кутикула, восковой налет, сильное опушение; ксерофиты делятся на два типа – суккуленты и склерофиты;

– суккуленты – растения с развитой водозапасающей паренхимой в разных органах; сосущая сила корней невелика (до 8 атм.), фиксация углекислого газа происходит ночью (кислый метаболизм толстянковых); различают стеблевые суккуленты (кактусы), листовые суккуленты (очитки, молодило), корневые суккуленты (кислица);

– склерофиты – растения с развитой склеренхимой; сосущая сила корней составляет десятки атмосфер; различают эуксерофиты (розеточные побеги) и стипаксерофиты (ковыли, типчак).

В ряде случаев вода имеется в большом количестве, но малодоступна для растений (низкая температура, высокая соленость или высокая кислотность). В этом случае растения приобретают ксероморфные признаки, например, растения болот, засоленных почв (галофиты).

Животные по отношению к воде делятся на следующие экологические группы: гигрофилы, мезофилы и ксерофилы.

Сокращение потерь воды достигается различными способами. В первую очередь, развиваются водонепроницаемые покровы тела (членистоногие, рептилии, птицы). Совершенствуются выделительные органы: мальпигиевы сосуды у паукообразных и трахейно-дышащих, тазовые почки у амниот. Повышается концентрация продуктов азотного обмена: мочевины, мочевой кислоты и других. Испарение воды зависит от температуры, поэтому важную роль в сохранении воды играют поведенческие реакции избегания перегрева. Особое значение имеет сохранение воды при эмбриональном развитии вне материнского организма, что приводит к появлению зародышевых оболочек; у насекомых формируются серозная и амниотическая оболочки, у яйцекладущих амниот – сероза, амнион и аллантоис.

Жизнь на нашей планете зародилась благодаря сочетанию многих факторов. Земля находится на благоприятном расстоянии от Солнца - не слишком сильно нагревается днём и не переохлаждается в ночное время. Земля имеет твёрдую поверхность, и на ней существует вода в жидком состоянии. Воздушная оболочка, окружающая Землю, предохраняет её от жёсткого космического излучения и «бомбардировки» метеоритами. Наша планета обладает уникальными особенностями — её поверхность опоясывают, взаимодействуя между собой, несколько оболочек: твёрдая, воздушная и водная.

Воздушная оболочка - атмосфера простирается над Землёй до высоты 2-3 тыс. км, но большая часть её массы сосредоточена у поверхности планеты. Атмосфера удерживается силой притяжения Земли, поэтому с высотой её плотность уменьшается. Атмосфера содержит кислород, необходимый для дыхания живых организмов. В атмосфере находится слой озона, так называемый защитный экран, который поглощает часть ультрафиолетовой радиации Солнца и защищает Землю от избыточных ультрафиолетовых лучей. Далеко не у всех планет Солнечной системы есть твёрдая оболочка: например, поверхности планет-гигантов - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна состоят из газов, находящихся в жидком или твёрдом состоянии из-за высокого давления и низких температур. Твёрдая оболочка Земли, или литосфера, — это огромные массы горных пород на суше и на дне океана. Под океанами и материками она имеет разную толщину — от 70 до 250 км. Литосфера разделена на крупные блоки — литосферные плиты.

Водная оболочка нашей планеты - гидросфера включает в себя всю воду планеты — в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Гидросфера - это моря и океаны, реки и озёра, подземные воды, болота, ледники, водяной пар в воздухе и вода в живых организмах. Водная оболочка перераспределяет тепло, поступающее от Солнца. Медленно нагреваясь, водные толщи Мирового океана накапливают тепло, а потом передают его атмосфере, что смягчает климат на материках в холодные периоды. Вовлечённая в мировой круговорот, вода постоянно перемещается: испаряясь с поверхностей морей, океанов, озёр или рек, она облаками переносится на сушу и выпадает в виде дождя или снега.

Оболочка Земли, в которой существует жизнь во всех её проявлениях, называется биосфера. Она включает самую верхнюю часть литосферы, гидросферу и приземную часть атмосферы. Нижняя граница биосферы располагается в земной коре материков на глубине 4-5 км, а в воздушной оболочке сфера жизни простирается до озонового слоя.

Все оболочки Земли влияют друг на друга. Основным объектом изучения географии является географическая оболочка - планетарная сфера, где переплетаются и тесно взаимодействуют нижняя часть атмосферы, гидросфера, биосфера и верхняя часть литосферы. Географическая оболочка развивается согласно суточным и годовым ритмам, на неё оказывают влияние одиннадцатилетние циклы солнечной активности, поэтому характерной особенностью географической оболочки является ритмичность происходящих процессов.

Географическая оболочка изменяется от экватора к полюсам и от подножий к вершинам гор, ей присущи основные закономерности: целостность, единство всех компонентов, непрерывность и неоднородность.

Бурное развитие человеческой цивилизации привело к появлению оболочки, в которой человек активно воздействует на природу. Эта оболочка называется ноосфера, или сфера разума. Порой люди изменяют поверхность планеты даже активнее, чем некоторые естественные природные процессы. Грубое вмешательство в природу, пренебрежение её законами может привести к тому, что со временем условия на нашей планете станут неприемлемыми для жизни.


Список литературы:


1.Воронов В.К., Гречнева М.В., Сагдеев Р.З. Основы современного естествознания. М.: Высшая школа, 1999.

2.Горелов А.А. Концепции современного естествознания: учебное пособие. М.: ЦЕНТР, 1997.

3.Карпенков С.Х. Концепция современного естествознания: уч. для вузов, М: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

4.Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Практикум. М.: Высшая школа, 2002.

5. Концепция современного естествознания/ В.Н. Лаврименко, В.П.Ратников, В.Ф. Голубь. М: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

6.Курашов В.И. Философия: Познание мира и феномены технологии. Казань, 2001.

7.Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 2001.

8.Торосян В.Г. Концепции современного естествознания. М.: Высшая школа, 2002.