Планета земля: образование и развитие содержание
| Вид материала | Реферат |
- Планета Земля, 509.11kb.
- Тема урока: «Планета Земля- наш космический дом», 116.98kb.
- Мстислав микрюков с ружьем на глубину спортивная подводная стрельба, 6206.23kb.
- Тема: Земля — планета Сонячної системи. Глобус – модель Землі. Мета, 69.97kb.
- Положение о детско-юношеском фестивале-конкурсе авторской песни «Звучи, Земля!» Общие, 23.01kb.
- Положение о детско-юношеском фестивале-конкурсе авторской песни «Звучи, Земля!» Общие, 21.35kb.
- Космического Корабля «Планета Земля», 100.18kb.
- Программа по географии для 6 класса раздел «География. Планета Земля» >(А. А. Лобжанидзе), 288.28kb.
- Отчетный шоу-концерт «Место практики планета земля», 21.69kb.
- Проект «Земля планета солнечной системы», 396.74kb.
3. Эра оледенения.
"Породы хранят свидетельства о периоде главной ледниковой эпохи, первой, существование которой твердо доказано" ..."почему на Земле установилось тепловое равновесие ? ..."10.
Со времен первых оборотов осколочной материи после взрыва и до мезозоя (240 млн.лет) Земля формировалась, а затем и пребывала в режиме отрицательного температурного годового баланса, то есть всегда находилась в условиях оледенения. В заключительной стадии особенно мощное и длительное оно приходится на карбоно-пермский период, после которого 240 млн. лет тому назад началось беспрецедентное таяние глобального ледника и наступление талой вода на сушу, закончившееся величайшей трансгрессией в меловом периоде. Это особое и неповторимое явление в истории Земли.
При первоначальном эксцентриситете земной орбиты е=0,253 примерно 2/3 года Земля находилась в режиме оледенения. С учетом весны и осени на лето оставалось около 40 суток. Жаркое лето было коротким из-за быстрого прохождения Землей перигелия орбиты на большой скорости 39 км/сек, с уменьшением ее к афелию до 23 км/сек. Большей частью времени Земля находилась в режиме обмерзания, чем в золе оттаивания.
По мере того, как происходил внутренний разогрев планеты и прибавление воды, ее все новые и новые количества, испаряясь горячим летом, поднимались вверх, растекаясь по обе стороны от экватора в полярные области, где выпадали мощными потоками дождей и снега, наращивая ледяной панцирь Земли. Прибавление глобального ледника происходило сотнями миллионов лет. Однако, в относительно узкой экваториальной полосе всегда существовали условия для возникновения жизни, как только Земля "обзавелась" собственной водой в открытых бассейнах. На юной, первородной Земле, когда элементы веществ еще не были объединены связями взаимодействий, необходимые их сочетания для производства органической среды давались гораздо проще, чем сегодня.
Начало глобального таяния глобального ледника связано с уменьшением эксцентриситета земной орбиты. Холодный афелий приблизился к Солнцу настолько, что установился положительный температурный режим атмосферы (тепловое равновесие). По этой причине не состоялось ожидаемое очередное оледенение в Юрском периоде, оледенение, которого уже не могло быть. С самого начала своего образования на Земле не было смены времен года. Этот период времени в её истории отличался четким распределением температурных широтных полос параллельно экватору.
Предельно большие и предельно низкие температуры возникали, естественно, в полосе экватора и в полярных областях. Однако и на одном только экваторе температура изменялась в широких пределах +145 до 0°С. в подсолнечной точке, так как при эксцентриситете орбиты е=0,253 Земля приближалась к Солнцу до 112 млн. км и удалялась до 188 млн. км (сегодня соответственно не ближе 147 млн.км и не далее 152 млн. км)11.
В афелии Земля промерзала не только из-за большой удаленности от Солнца, но и из-за увеличения времени прохождения второй половины эллипса в связи с замедлением орбитальной скорости. По мере уменьшения наклонения земной орбиты сначала обозначились, а затем все более контрастными становились времена года с холодными зимами и жаркими летами, без которых Земля и не мыслится, а в памяти человечества ассоциируется с раз и навсегда заведенным вечным порядком в природе.
4. Эпохи складчатости, современное состояние.
Эпохам складчатости и горообразования присущи следующие черты12:
- широкое развитие горообразовательных движений в геос. областях, колебательных движений на платформах;
- проявление мощного интрузивного, а затем и эффузивного магматизма;
- поднятие окраин платформ, прилегающих к эпиогеосинклинальным областям, регрессии эпиконтинентальных морей и усложнение рельефов суши;
- континентализация климатов, успокоение климатических условий, усиление зональности, расширение пустынь и появление областей континентального оледенения (в горах и у помостов).
- ухудшение условий для развития органического мира, в результате чего происходит вымирание господствующих и высокоспециализированных форм и появление новых.
Сжатие континентальной земной коры, происходящее при коллизии литосферных плит, приводит к возникновению протяженных поясов складчатых гор. Слагающие их породы либо смяты в складки двух типов (выпуклые гребневидные антиклинали и вогнутые желобообразные синклинали), либо одни блоки горных пород надвинуты на другие по системе разломов.
В центральной и южной частях Аппалачских гор в Северной Америке встречаются оба типа тектонических структур – сбросовые деформации на востоке, в геологической провинции Блу-Ридж (наиболее распространены на западе Северной Каролины), и складчатые – на западе, в геологической провинции Долин и хребтов (лучше всего эти структуры выражены на территории Пенсильвании, Западной Виргинии и на востоке Теннесси). Сжатие, обусловившее возникновение этих структур, происходило в конце палеозойской эры, ок. 250 млн. лет назад, при столкновении Африканской плиты с Северо-Американской плитой. Тектонические процессы, под воздействием которых формируются складчатые горы, называют орогеническими.
Два с половиной миллиарда лет назад древние платформы закончили свое формирование и, с тех пор, практически не менялись. К ним относятся Восточноевропейская, Сибирская, Восточно-китайская и другие.
Итак, древние платформы, подобно льдинам, дрейфовали, да и теперь дрейфуют со скоростью от 2-3 до 10 см в год, по поверхности полужидкой мантии Земли в окружении более мелких образований, сходных с ледяной шугой. В зонах столкновения платформ земная кора прогибается, сминается в складки, трескается. По трещинам, их геологи называют тектоническими разломами, поднимается расплавленная магма, и начинают действовать вулканы. Обратите внимание, вулканы обычно образуются в стороне от линии столкновения платформ, по которым располагаются главные хребты (рис. 3 и 4)13.
Рис. 3. Столкновение платформ и прогибание земной коры на I этапе эпохи складчатости.
Рис. 4. Возникновение гор. II этап складчатости.
Они приурочены к разломам, отделяющим нетронутую часть платформы от вовлеченной в прогибание. Так, например, расположены Эльбрус, Казбек, Арарат, Арагац, вулканы Дальнего Востока. После прогибания, в зоне столкновения платформ, формируются горные хребты.
Зоны столкновения платформ специалисты называют геосинклинальными складчатыми поясами Земли. В пределах этих поясов и происходит горообразование. Взглянем на карту книги по географии (рис. 5)14.
Рис. 5. Древние платформы и геосинклинальные области Евразии.
Вот, например, хорошо известный Альпийский складчатый пояс. Он проходит от Испании через Альпы, Доломиты, Карпаты, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи, Гиндукуш, Кара-Корум. Или Урало-Монгольский пояс, он простирается от Новой Земли через Урал, Тянь-Шань, Алтай, часть Саян. Складчатые пояса разделяют либо платформы (Альпийский, Урало-Монгольский), либо материковые и океанические плиты (Тихоокеанский пояс).
Толщина земной коры в различных местах различна. Под древними платформами она составляет 15-20 километров, под горными массивами значительно больше. Горы, как айсберги, поднимаются над поверхностью Земли, но при этом их основания глубже погружаются в мантию. Под Кавказом, при средней высоте гор от 2,5 до 3,5 километров, толщина земной коры достигает 30-40 километров. Под Тянь-Шанем при высотах 5-6 километров мощность земной коры достигает 70-80 километров. А вот под океанами, где нагрузка значительно меньше, уменьшается и толща горных пород. Здесь она колеблется от 4 до 15 километров (рис. 6).
Рис. 6. Толщина земной коры под основными геологическими структурами.
Активное горообразование идет не постоянно и не на всем протяжении складчатых поясов. Периоды горообразования, их называют эпохами складчатости, проявляются на различных участках поясов в разное время. Горы в эпоху складчатости образуются в два этапа. На первом происходит столкновение платформ. Чудовищная энергия их движения I гриводит в зоне столкновения к прогибанию земной коры. Почему именно к прогибанию? Потому что породам, вытесняемым из зоны столкновения, проще преодолеть выталкивающую (архимедову) силу жидкой мантии, чем силу тяжести. По краям образующихся прогибов возникают тектонические разломы. По ним выдавливается расплавленная магма, образуя многочисленные вулканы и целые лавовые поля. Такие поля можно увидеть, например, в Армении или в Индии на плоскогорьи Декан.
Прогибание идет очень медленно по несколько сантиметров в год и продолжается тысячи и миллионы лет. Прогибы заполняются морской водой. В мелководных теплых морях активно размножаются живые организмы. Отмирая, они образуют своими скелетами и панцирями километровые толщи осадочных пород: известняков, мергелей и др. Но вот энергия сталкивающихся платформ исчерпана. Встречное движение прекращается, прекращается и прогибание земной коры. Наступает второй этап горообразования.
Под действием выталкивающей силы происходит медленное поднятие погруженных в мантию пород, смятие пластов и образование горных хребтов и межгорных впадин. Когда все силы уравновешиваются, горообразование прекращается и эпоха складчатости завершается. Район стабилизируется, превращаясь в молодую платформу15.
Затем, вернее одновременно, горы начинают разрушаться. Обломки пород переносятся водой к их подножью в межгорные впадины и краевые прогибы. Со временем (миллионы лет!) они могут совершенно исчезнуть под наносами, а последующие геологические процессы способны превратить их в гладкие равнины. Такие разрушенные горы прячутся, например, подстепными пространствами Крымского полуострова. Однако, жизнь складчатого пояса на этом не кончается. В его истории может наступить новый этап, способный уничтожить результаты прошедших эпох или дополнить уже существующие горы новыми, как это произошло на Кавказе, где хребты, расположенные севернее Главного Кавказского хребта, относятся к более ранней эпохе.
Возможны и другие механизмы горообразования. Например, из-за гидратации, разбухания горных пород, Заалайский хребет со скоростью около 2 сантиметров в год наступает на Алайскую долину, межгорную впадину, разделяющую Памир и Памироалай. По мере остывания Земли увеличивается толщина ее коры, а, следовательно, и объем горных пород. Земля как бы медленно разбухает, что естественно, приводит к геологическим катаклизмам. В некоторых местах континентальные плиты наезжают на океанические, в этих районах образуются глубоководные впадины и островные дуги. Так сформировался регион озера Байкал и Тихоокеанские впадины. Однако, нам для понимания сути дела достаточно рассматривать столкновения платформ. Еще раз подчеркнем, что реальные процессы в земной коре гораздо сложнее, а приведенная схема служит лишь грубой аналогией.
В пределах молодых платформ под воздействием все той же архимедовой силы могут произойти сдвиги отдельных блоков (рис. 7), что тоже приводит к образованию гор. Так, например, возник район пика Победы на Центральном Тянь-Шане.
Рис. 7. Сдвиг блоков земной коры (образование гор) в пределах молодой платформы.
Для примера приведем таблицу гор складчатых областей.
Таблица 2
Горы складчатых областей
| Эра | Эпоха складчатости | Основные формы рельефа | Тектоническое строение | Относительный возраст |
| Протерозойская | байкальская | Енисейский кряж Восточный Саян Яблоновый хребет | глыбовое, складчато-глыбовое | Возрожденные (в неоген-четвертичное время) |
| Палеозойская | каледонская | Западный Саян | ||
| герцинская | Уральские горы Алтай | |||
| Мезозойская | мезозойская | горы Бырранга Сихотэ-Алинь горы Северо-Восточной Сибири Верхоянский хребет хребет Черского Колымское нагорье Чукотское нагорье и др. | ||
| Кайнозойская | альпийская и тихоокеанская | Кавказские горы горы о. Сахалин горы Камчатки (Срединный хребет) горы Курильских о-вов | складчатое | Молодые (возникшие в неоген-четвертичное время) |
Районы, где образование гор идет в наше время, находятся, в основном, в пределах Тихоокеанского пояса (кольца) на побережье вокруг Тихого океана. Не завершилось горообразование и в пределах Средиземноморского или Альпийского складчатого пояса. Продолжают развиваться Кавказ, Памир и Гималаи. Свидетельства тому последние землетрясения на севере Италии, в районе Белграда.
5. Устройство земных плит.
От поверхности Земли до ее центра приблизительно 6380 км. Это расстояние в 600 с лишним раз больше, чем глубина самой глубокой океанской впадины, высота самой высокой горы или толщина тропосферы. Получается, что та часть нашей планеты, с которой мы непосредственно соприкасаемся, ничтожно мала по сравнению с ее недоступными нам недрами. Человеческое любопытство, однако, невозможно ограничить рамками доступного. Исследуя внешние слои земной тверди, сотрясая Землю направленными взрывами и делая выводы на основе открытых законов природы, люди составили представление о внутреннем «устройстве» Земли.
Предполагается, что при приближении к ее центру возрастают температура (она составляет в центре 5000-6000 °С, как на поверхности Солнца), плотность вещества и давление внешних слоев. При столь высокой температуре все известные вещества должны были бы расплавиться. Но плавлению препятствует невероятно высокое давление. Поэтому вероятно, что Земля в разрезе имеет следующую структуру16.
Сверху находится твердая земная кора толщиной 3-5 км под океанами и до 80 км под материками. Различается она не только толщиной, но также составом и возрастом. Поэтому ученые выделяют два типа коры -океаническую и материковую. Ниже, до глубины около 2900 км, располагается мантия. Вещество этого слоя пребывает в не встречающемся на поверхности Земли состоянии. Оно не твердое и не жидкое, способно очень медленно перемешиваться под воздействием внутреннего жара, как манная каша на плите. В верхней части мантии лежит очень тонкий слой вещества скорее жидкого, чем твердого. Этот слой называется асте-носферой (ослабленной сферой). Под мантией скрывается земное ядро. Верхняя его часть, испытывающая несколько меньшее давление, находится в жидком состоянии, а нижняя - в твердом.
Рис. 8. Внутренне «устройство» земли.
Слои Земли различаются по своим свойствам. Самая важная для нас верхняя часть Земли – литосфера отделена от нижней тонким слоем подплавленных горных пород – астеносферой, позволяющей литосфере скользить по поверхности Земли.
Астеносфера позволяет лежащим над ней слоям скользить по поверхности планеты, и верхние слои ведут себя иначе, чем глубинные. Поэтому эти верхние слои, включающие земную кору и верхнюю часть мантии, получили особое название – литосфера (каменная оболочка)17.
Рис. 9. Карта движения литосферных плит.
Карта движения литосферных плит (стрелками показано направление движения литосферных плит, желтым цветом – сейсмические зоны, треугольниками – вулканы). Литосфера расколота на несколько крупных плит, которые медленно движутся по поверхности Земли. В одних местах плиты упираются друг в друга, в других – подныривают одна под другую, в третьих – разъезжаются в разные стороны18.
Геологические исследования с помощью современных приборов доказали, что земная кора состоит примерно из 20 малых и больших плит или платформ, постоянно изменяющих свое местонахождение на планете.
Эти странствующие тектонические плиты земной коры имеют толщину от 60 до 100 км и, как льдины, то опускаясь.
Те места, где они соприкасаются между собой (разломы, швы), и являются главными причинами землетрясений: тут земная твердь почти никогда не сохраняет спокойствие.
Однако края тектонических плит не гладко отшлифованы. На них достаточно шероховатостей и царапин, есть острые грани и трещины, ребра и исполинские выступы, которые цепляются друг другом, как зубцы застежки- молнии. Когда плиты сдвигаются, то края их остаются на месте, потому что не могут изменить свое положение. Со временем это приводит к огромным напряжениям в земной коре. В какой-то момент края не могут противостоять растущему напору: выступающие, намертво сцепившиеся участки обламываются и как бы догоняют свою плиту.
Существуют 3 вида взаимодействия литосферных плит: они либо раздвигаются, либо сталкиваются, одна надвигается на другую или одна двигается вдоль другой. Движение это не постоянно, а прерывисто, то есть происходит эпизодически из-за их взаимного трения. Каждая внезапная подвижка, каждый рывок может ознаменоваться землятресением.
Ниже астеносферы, как мы уже говорили, мантия находится в постоянном, но очень медленном движении. Часть мантии, нагретая в земных глубинах до очень высокой температуры, расширяется и стремится наверх. А на ее место опускаются остывшие верхние слои. Эти перемещения увлекают за собой и литосферу, раскалывая ее на части и заставляя образовавшиеся плиты двигаться в разных направлениях по поверхности планеты. Они происходят крайне медленно, со скоростью несколько сантиметров в год. Но ученые научились замечать ничтожные изменения и по ним угадывать прошлое Земли и даже предсказывать ее будущее.
Еще в начале XX в. немецкий геофизик Альфред Вегенер, изучая карту мира, заметил, что формы некоторых материков напоминают части разобранной мозаики. Например, восточный выступ Южной Америки вставился бы в тот прогиб Африки, где сейчас находится Гвинейский залив. Так появилось предположение, что материки эти составляли некогда единое целое. А в настоящий момент Америка и Африка разъезжаются в стороны, увеличивая Атлантический океан19.
Однако земная кора не резиновая и не может растягиваться, заполняя собой океан. Восполнение недостатка материала происходит посредине Атлантического океана. Здесь вещество из земных глубин поднимается к поверхности, застывает и образует новую океаническую земную кору. Если в одних местах планеты земная кора образуется, то в других она должна исчезать. Иначе Земле пришлось бы непрерывно увеличиваться, чего не происходит.
Рис. 10 Строение вулкана
Там, где литосферные плиты упираются друг в друга, земная кора выдавливается вверх, образуя горы. Так возникли, например, Гималаи. Здесь Индо-Австралийская плита упирается в Евразийскую, и на границе полуострова Индостан появилась высочайшая горная система мира. Более того, Гималаи продолжают расти, так как движение литосферных плит пока не изменилось20.
Сталкиваясь, плиты могут вести себя и по-другому: одна плита подныривает под другую. Тогда вместо гор образуются глубокие разломы земной поверхности. Это происходит у берегов Тихого океана, где расположен ряд глубочайших океанических впадин21.
Вырывающиеся из-под земли газы создают канал – его называют жерлом вулкана – и выбрасывают куски пород высоко вверх. Падая на землю, эти камни насыпают аккуратную гору – конус вулкана.
6. Вулканы.
Как утверждают ученые, именно с помощью вулканов происходило образование земной коры, воздуха и воды. А значит, вулканы играли важнейшую роль в зарождении жизни на Земле.
В настоящее время большинством исследователей принята развивавшаяся Г.С.Горшковым точка зрения о мантийном питании вулканов22. Этот вывод базируется, с одной стороны, на эффекте экранирования сейсмических волн магматическими очагами, а с другой на результатах петрохимических, петрологических, геохимических исследований и, в частности, на соотношении изотопов стронция и неодима в вулканических породах.
Вулканы, по образному выражению знаменитого немецкого естествоиспытателя Александра Гумбольдта "предохранительные клапаны Земли", являются поверхностным отражением глубинных процессов, происходивших и происходящих в мантии Земли. Поскольку прямое изучение глубоких горизонтов земной коры и верхней мантии сейчас и в ближайшем обозримом будущем невозможно, вулканы остаются пока одним из основных источников информации о глубинах Земли.
Эта информация собирается главным образом при анализе вулканических пород, но она может быть существенно дополнена за счет установления закономерностей пространственного размещения вулканов.
“Вулканизм – это явление, благодаря которому в течение геологической истории сформировались внешние оболочки Земли – кора, гидросфера и атмосфера, т. е. среда обитания живых организмов – биосфера”23.
Такое мнение выражает большинство вулканологов, однако это далеко не единственное представление о развитии географической оболочки.
Вулканизм охватывает все явления связанные с извержением магмы на поверхность. Когда магма находится в глубине земной коры под большим давлением, все ее газовые компоненты остаются в растворенном состоянии. По мере продвижения магмы к поверхности давление уменьшается, газы начинают выделяться, в результате изливающаяся на поверхность магма существенно отличается от изначальной. Чтобы подчеркнуть это отличие, магму излившуюся на поверхность, называют лавой. Процесс извержения называется эруптивной деятельностью.
Извержения вулканов протекают неодинаково, в зависимости от состава продуктов извержения. В одних случаях извержения протекают спокойно, газы выделяются без крупных взрывов и жидкая лава свободно изливается на поверхность. В других случаях извержения бывают очень бурные, сопровождаются мощными газовыми взрывами и выжиманием или излиянием относительно вязкой лавы. Извержения некоторых вулканов заключаются только в грандиозных газовых взрывах, вследствие чего образуются колоссальные тучи газа и паров воды, насыщенных лавой,поднимающиеся на огромную высоту .
По современным представлениям, вулканизм является внешней, так называемой эффузивной формой магматизма - процесса, связанного с движением магмы из недр Земли к ее поверхности. На глубине от 50 до 350 км, в толще нашей планеты образуются очаги расплавленного вещества - магмы.
По участкам дробления и разломов земной коры, магма поднимается и изливается на поверхность в виде лавы (отличается от магмы тем, что почти не содержит летучих компонентов, которые при падении давления отделяются от магмы и уходят в атмосферу.
В местах извержения возникают лавовые покровы, потоки, вулканы-горы, сложенные лавами и их распыленными частицами – пирокластами.
Эффузивный магматизм или вулканизм – это излияние на поверхность Земли лавы, выход газов или выброс обломочного материала взрывом газов.
В зависимости от количества газов, их состава и температуры происходит:
а) изменение лавы – эффузия (медленное выделение газов, Т°С - высокая);
б) взрывное извержение – эксплозия (быстрое выделение газов, вскипание, Т°С - высокая);
в) медленное вскипание магмы – экструзия (вязкая магма, Т°С - высокая).
Различают жидкие, твердые и газообразные продукты извержения вулканов24.
1) Газообразные (летучие): водяной пар, диоксид углерода (CO2), оксид углерода (CO), азот (N2), диоксид серы (SO2), оксид серы (SO), газообразная сера (S2), водород (H2), аммиак (NH3), хлористый водород (HCl), фтористый водород (HF), сероводород (H2S), метан (CH4), борная кислота (H3BO3), хлор (Cl), аргон (Ar), преобразованные H2O и СО2. Также присутствуют хлориды щелочных металлов и железа. Состав газов и их концентрация зависят от температуры и от типа земной коры, поэтому они могут меняться в пределах одного вулкана.
2) Жидкие вулканические продукты представляют собой лаву, вышедшую на поверхность.
