Реферат на тему Происхождение Земли Мифы и теории. Реферат на тему происхождение земли

Реферат : Возникновение Земли

РЕФЕРАТ

на тему:

“Теория происхождения Земли”.

1.Содержание:

2.Введение

3.Образование мантии и ядра Земли

4. Дифференциация мантии и образование коры, гидросферы и атмосферы

5.Вывод

6.Список использованной литературы

2.Введение.

В настоящее время в науке создалось такое положение, что разработка космогонической теории и реставрация ранней истории Солнечной системы могут осуществляться преимущественно ин­дуктивным путем, основанным на сравнении и обобщении получен­ных совершенно недавно эмпирических данных по материалу ме­теоритов, планет и Луны. Поскольку о строении атомов и поведе­нии их соединений при различных термодинамических условиях нам стало известно очень многое, а о составе космических тел были получены совершенно достоверные и точные данные, то решение проблемы происхождения нашей планеты поставлено на прочную химическую основу, которой были лишены прежние космогониче­ские построения. Следует в ближайшее время ожидать, что реше­ние проблем космогонии Солнечной системы вообще и проблемы происхождения нашей Земли в частности достигнет больших успе­хов на атомно-молекулярном уровне, подобно тому, как на этом же уровне генетические проблемы современной биологии блестяще решаются на наших глазах.

Изотопные соотношения элементов в метеоритном и земном ве­ществе, данные о химическом составе и структуре метеоритов представляются нам все более отчетливо как исторические доку­менты, по которым может быть прочитана ранняя история Солнеч­ной системы и восстановлены условия рождения нашей планеты — Земли. В свете современных данных космохимии и геохимии, астрофизики и геофизики уже сейчас можно заключить, что вещество Земли в прошлом, относительно незадолго до образования планет, находилось в состоянии плазмы и путь становления нашей планеты был связан с эволюцией вещества от плазменного состояния до состояния образования химических соединений, металлических фаз и других форм существования твердых жидких и газообразных тел (при относительно невысоких температурах). При современном со­стоянии науки физико-химический подход к решению проблем космогонии Солнечной системы является совершенно неизбежным. Поэтому давно известные механические особенности Солнечной системы, которым классические космогонические гипотезы уделяли главное внимание, должны быть истолкованы в тесной связи с фи­зико-химическими процессами в ранней истории Солнечной системы. Последние достижения в области химического изучения отдельных тел этой системы позволяют нам совершенно по-новому подходить к реставрации истории вещества Земли и на этой основе восстановить рамки тех условий, в которых происходило рождение нашей планеты – становление её химического состава и формирование оболочечной структуры.

3.Образование мантии и ядра Земли.

Образование Земли связано с аккумуляцией вещества, представленного преимущественно высокотемпературными конденсатами солнечного газа. Однако относительно способа аккумуляции существуют различные мнения. В процессе формирования Земли можно допустить три варианта аккумуляции.

1. Гомогенная аккумуляция, нашедшая наиболее полную раз­работку в гипотезе О. Ю. Шмидта и его сторонников. Она привела к образованию квазиоднородной первичной Земли. Модель пер­воначально гомогенной по составу и строению Земли пользова­лась наиболее широким признанием. Согласно этой модели, со­временное зональное строение Земли возникло лишь в ходе эво­люции, что выразилось в разогревании, частичном плавлении и дифференциации земного вещества под воздействием радиоактив­ных источников тепла.

2. Гетерогенная аккумуляция, определившая с самого начала главные черты строения земного шара — наличие в первичной Земле металлического ядра и мантии. При аккумуляции метал­лических частиц сначала возникло ядро, затем на него осели бо­лее поздние конденсаты в виде силикатов, образовав мощную ман­тию первичной планеты.

Идею о том, что Земля начала аккумулироваться первоначаль­но из металлических частиц, высказали В. Латимер, Э. В. Соботович, П. Гаррис и Д. Тозер, а позднее Э. Орован. В дальнейшем она была поддержана К. Таркяном и С. Кларком, Дж. Джекобсом, А. П. Виноградовым. По К. Таркяну и С. Кларку, первичная Земля аккумулировалась в той последо­вательности, в которой происходила конденсация веществ из пер­вичной солнечной туманности. Крайний вариант гетерогенной ак­кумуляции Земли был недавно предложен Д. Л. Андерсоном и Т. Ханксом, которые полагают, что внутреннее ядро Земли приобрело свой состав за счет самых ранних дометаллических конденсатов, внешнее ядро возникло из металлической фракции и серы, а мантия—за счет аккумуляции силикатной фракции. На заключительных стадиях аккумуляции произошло осаждение ма­териала типа углистых хондритов (С1), включая гидратированные силикаты, летучие и органические соединения.

3. Частично гетерогенная аккумуляция без резких перерывов в составе материалов, строящих земной шар. В этом случае наи­более резкая разница в составе имела место лишь между цент­ральными частями Земли и поверхностными слоями первичной мантии. При таком способе аккумуляции первоначально не было pезких границ между ядром и мантией, подобно современному состоянию. Границы эти установились позже в ходе дальнейшей химической дифференциации, связанной с нагревом. Ядро Земли возникло в результате комбинации процессов гетерогенной аккреции и последующей химической дифференциации. Выплавление железо-сернистых масс и удаление их из разных горизонтов первич­ной Земли путем стекания в центральные области было процессом, протекавшим асимметрично и в дальнейшем определившим асим­метрический характер коры и верхней мантии.

В настоящее время нам довольно обоснованной представляется идея о том, что происхождение земного ядра связано с проис­хождением (способом формирования) самой Земли и Солнечной системы. Химическая эволюция протопланетной туманности, рас­смотренная нами выше, при остывании газа солнечного состава определила то обстоятельство, что в районе аккумуляции веще­ства Земли возникли химические соединения, которые определили химический состав нашей планеты в целом. Начало формирования Земли по всей вероятности, было связано с первичной аккумуля­цией именно металлических частиц. В пользу этого мы можем привести следующую аргументацию.

В процессе аккумуляции планет железоникелевые частицы имели явное преимущество в отношении объединения перед ча­стицами другого состава. Если аккумуляция первоначально про­исходила при высоких температурах, то капли железа при со­прикосновении друг с другом легко сливались в тела компактной массы, образуя зародыши планет. Если агломерация имела место при низких температурах, то металлические частицы ввиду своей пластичности и хорошей теплопроводности объединялись при столкновении. В этом случае происходило поглощение кинетиче­ской энергии. Таким образом могли происходить процессы как “горячей сварки”, так и “холодной сварки” в зависимости от тем­пературы частиц. Заметим, что в некоторых железных метеоритах обнаружены признаки объединения металла в результате соуда­рений.

Наконец при температурах ниже точки Кюри (1043 К для Fe, 598 К для FeS) частицы железа и троилита могли легко намаг­ничиваться в сильном магнитном поле первичного Солнца ив дальнейшем объединялись силами магнитного притяжения. По­скольку силы магнитного притяжения для мелких металлических частиц на много порядков превосходят гравитационные силы, за­висящие от масс, аккумуляция частиц никелистого железа из охлаждающейся солнечной туманности могла начаться при тем­пературах ниже 1000 К в виде крупных сгущений и во много раз была более эффективной, чем аккумуляция силикатных частиц при прочих равных условиях. По Ф. Хойлу и Н. Викрамасингу, когда происходило непрерывное сжатие Солнца, напряженность магнитного поля могла достигать высоких значений, на два поряд­ка превышающих современную. В этих условиях аккумуляция ферромагнитных материалов типа железоникелевых частиц и трои­лита должна протекать наиболее эффективно, образуя зародыши планет земного типа. Поскольку точка Кюри для железа и же­лезоникелевых сплавов находится вблизи 1000 К, магнитные силы как фактор аккумуляции могут вступить во взаимодействие за­долго до начала окисления железа. П. Гаррис и Д. Тозер вычислили поперечное сечение захвата взаимно намагниченных частиц, которое оказалось в 2-104 раз выше их реального попереч­ного сечения. В то же время они показали, что магнитное взаи­модействие зависит от размеров частиц. Оно весьма незначитель­ное для частиц с диаметром менее 10--5 см, но при размерах частиц 10-4 см агрегация наступает довольно быстро. При высоких температурах (свыше 1273 К) в газопылевом облаке все частицы могли сосуществовать независимо до падения температуры ниже точки Кюри. Но при падении температуры ниже точки Кюри маг­нитное взаимодействие железоникелевых частиц становилось ре­шающим фактором аккумуляции в процессе рождения планет.

Из сказанного совершенно естественно вытекает вывод, что при самых разнообразных условиях в первичной туманности железоникелевые сплавы должны аккумулироваться первыми. При дости­жении достаточно крупных масс зародыши планет в дальнейшем могли захватывать более поздние конденсаты солнечного газа пу­тем непосредственного гравитационного захвата.

Совершенно очевидно, что описанные выше процессы вполне относят к нашей планете, для которой гетерогенная аккумуляция представляется совершенно неизбежной. Эта аккумуляция определила первоначальную химическую неоднородность Земли, ее термодинамическую неустойчивость, которая в дальнейшем предопределила ход развития Земли—дифференциацию ее мате­риала, что привело к четкому обособлению границы между ман­тией и ядром, между внутренним и внешним ядром...

В свете изложенного выясняется общая картина рождения Зем­ли. Рост Земли начался с объединения металлических частиц при температурах ниже точки Кюри. Однако нагрев первоначального металлического тела вследствие ударов частиц при аккумуляции привела повышению температур и, возможно, устранил взаимо­действие магнитных сил, которое было основным. Достигнув зна­чительной массы, первичное металлическое ядро—зародыш про­должало гравитационный захват более поздних конденсатов из окружающей среды. На этом этапе аккумуляция стала более го­могенной, и первичная мантия накапливалась как мощная оболоч­ка в виде смеси металлических, силикатных частиц и троилита. При этом весьма вероятно, что в нижних горизонтах первичной мантии содержание металлических частиц было повышенным, а в верхних горизонтах они отсутствовали. Таким образом, первона­чальная мантия по радиусу представляла собой неоднородную смесь металлического и силикатного материала. На поздних стадиях аккумуляции оседали гидратированные силикаты и органические вещества. На завершающих эта­пах аккумуляции Земля путем прямого гравитационного захвата приобрела также часть (вероятно, небольшую) газов, в том числе Н2О, СО2, СО, NНз, Hg, из первичной туманности в силу соб­ственного притяжения.

Исходя из длительности процессов аккумуляции в Солнечной системе порядка п-108 лет, что вытекает из l29I--129Xe и 244Pu--132-136Xe датирования метеоритных образцов, мы можем предположить, что в большей части объема планеты температуры не превышали точки плавления ее материала. Однако в связи с адиабатическим сжа­тием, радиоактивным нагревом от ныне сохранившихся и быстро вымерших радиоактивных изотопов (244Pu, 247Cm и 129I) и остаточной тепловой энергии от про­цесса аккумуляции в ранние эпо­хи существования Земли происхо­дило повышение температур и материал планеты местами начал плавиться. Максимальная темпе­ратура была приурочена к центру с последующим ее понижением к периферии. Плавление в результате радиоактивного нагрева и других факторов началось на определенных глубинах, где темпе­ратура превысила точку плавле­ния наиболее легкоплавких ком­понентов при данных условиях давления. Если состав первичной мантии представлял собой смесь силикатной, металлической и сульфидной фаз, то температура плавления эвтектики Fe—FeS была самой минимальной (1260 К) и в то же время она в меньшей степени зависела от уве­личения давления. Первым и принципиально нового веществ могло происходить в большей ча­сти объема первичной мантии. Совершенно очевидно, что жидкая расплавленная фаза металла с примесью серы возникала в глубоких недрах планеты легче, чем жидкие расплавленные силикатные массы.

Дифференциация гомогенной модели Земли с плавлением и погружением жидкого железа, сформировавшего ядро Земли, должна была существенно поднять температуру планеты. При полном погружении железа температура должна была повысить­ся на 2270 К, при этом в масштабе всей Земли выделилась бы энергия, равная 15*1030 Дж, по расчетам Г. Юри—4,78*1030 Дж, а Е. Люстиха—16,7*1030 Дж. Это громадное количество тепла должно было расплавить всю нашу планету или же ее большую часть. Однако никаких признаков такого события мы не находим. По гетерогенной модели аккумуляции Земли этого не происходи­ло. Стекание железосернистых масс, охватившее лишь нижние горизонты мантии, привело к сравнительно небольшому выделе­нию общего тепла. В отношении оценки времени не будет большой ошибкой допустить, что образование современного ядра Земли (внешнего железосернистого) произошло в интервале 4,6-4 млрд. лет назад.

Таким образом, по предложенной модели основная масса ядра образовалась в период формирования Земли за счет аккумуляции металлических частиц, а последующее выплавление железосернистых масс в нижних частях первичной мантии завершило формирование всего ядра Земли в целом.

4.Дифференциация мантии и образование коры, гидросферы и атмосферы.

В свете современных геохимических и космохимических дан­ных дифференциация первичной мантии имела двухстороннюю направленность. С одной стороны, происходило выплавление наи­более легкоплавких, но тяжелых компонентов—железосернистых масс с опусканием их к центру ввиду высокой плотности и низ­кой вязкости, что привело к формированию внешнего ядра. С дру­гой стороны, выплавлялись менее легкоплавкие, но обогащенные летучими силикатные фракции, что привело к образованию ба­зальтовой магмы и впоследствии к формированию базальтовой коры океанического типа. Если первый (первый также и в хроно­логическом отношении) процесс приводил к извлечению из пер­вичной мантии преимущественно сидерофильных и халькофильных химических элементов и их сосредоточению в центральном ядре, то второй—к центробежной миграции преимущественно литофильных и атмофильных элементов.

Однако геохимические свойства элементов в зависимости от конкретных физико-химических условий могут меняться. О сте­пени химической дифференциации мантии в какой-то мере мож­но судить, сравнивая относительную распространенность некото­рых элементов верхней мантии и различного типа хондритов. Так, например, отношение Ni: Fe в современной мантии составляет около 0,03, т. е. оно значительно ниже, чем в хондритовых метео­ритах, но выше, чем в метеоритных силикатах. Это можно объ­яснить тем, что на ранней стадии развития Земли большая часть никеля была удалена из мантии путем сегрегации сульфида и металла в ядро. Сравнение относительного распространения шес­ти типичных литофильных элементов верхней мантии Земли с их метеоритным распространением, согласно расчетам Р. Хатчисона, представлено в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что фракционирование литофильных эле­ментов в мантии Земли отличается от такого в хондритовых ме­теоритах. Наблюдается общая тенденция убывания концентрации первых пяти элементов от углистых хондритов до энстатитовых. Верхняя мантия Земли обогащена Al, Mg и Са и обеднена Ti и Сг относительно углистых хондритов. Обеднение верхней мантии Ti и Сг можно объяснить их удалением в былые времена в ядро в виде сульфидов. В связи с этим следует отметить, что в сильно восста­новленных энстатитовых хондритах весь Сг находится в добреелите, а 75% Ti—в троилите.

Таблица 1.

Фракционирование литофильных элементов относительно углистых хондритов

Условия верхней мантии были не та­кими восстановительными, как это имело место в случае форми­рования энстатитовых хондритов, поэтому более высокое содер­жание Ti и Сг находилось в окислах, что, естественно, связано с формой нахождения Fe в верхней мантии. Известно, что Fe в эн­статитовых хондритах не окислено и в их металлической фазе присутствует Si.

Из изложенного вытекает очень малая вероятность того, чтобы легким элементом в ядре Земли был Si, как это допускается не­которыми исследователями. Удаление свыше половины Ti и Сг и значительной доли Ni из верхней мантии в ядро, вероятно, име­ло место во время ранней дифференциации земного шара. Распро­страненность главных литофильных элементов в верхней мантии сходна с моделью формирования Земли, в которой аккумуляция началась с ядра, где сконцентрировался металл, а затем оседал материал, близкий по составу к обычным и углистым хондритам, несколько обогащенным железом. Затем парциальное плавление вызвало определенную потерю сидерофильных и халькофильных (и некоторых литофильных) элементов в первичной силикатной мантии и поступление их в ядро.

Парциальное плавление силикатного материала мантии, обо­гащенного летучими, происходило в пределах верхних горизонтов первичной мантии. Оно началось позже плавления сульфидного эвтектического материала (сульфид + металл). Поскольку увели­чение давления препятствовало плавлению силикатного материа­ла на больших глубинах значительно в большей мере, чем плав­лению металлических и сульфидных веществ, то оптимальные условия для плавления силикатных веществ существовали на определенных критических глубинах. Как вытекает из расчетов Ф. Берча для хондритовой модели Земли, плавление могло происходить в интервале глубин 100—600 км. Возможное при­сутствие летучих несколько уменьшало эти глубины. В связи с этим следует отметить, что плавление началось в пределах того слоя первичной верхней мантии, в котором в процессе аккумуля­ции появился материал, близкий к углистым хондритам (С1), т.е. Земля приобрела гидратированные силикаты, летучие компоненты и первые органические соединения в виде сложных углеводоро­дов, аминокислот и др.

В легкоплавких силикатных фракциях материала первичной, мантии накапливались наиболее типичные литофильные элемен­ты, поступившие вместе с газами и парами воды на поверхность первичной Земли. Большая часть силикатов, преимущественно железомагнезиальных, при относительном завершении планетар­ной дифференциации образовала мощную мантию планеты, а про­дукты ее выплавления дали начало развитию алюмосиликатной коры, первичных океана и атмосферы, насыщенной СОз.

Процесс плавления мантии, определивший центробежную миг­рацию расплавов и растворов, был гетерогенным. Он отмечается изотопным составом элементов из пород мантийного происхож­дения. Обнаружено, что в мантии сохраняются участки с разным соотношением стабильных изотопов, что было бы невозможным при общем плавлении и гомогенизации мантии большого масшта­ба. Данные измерений изотопного состава углерода из образцов мантийного происхождения привели Э. Галимова к выводу о существовании двух направлений изотопных измерений углеро­да. Углерод в мантии находится в двух различных формах, или фазах. Изотопный состав углерода этих фаз различен, как и раз­лична химическая форма нахождения, подобно тому, что обна­ружено в метеоритах. Так, углерод, рассеянный в каменных ме­теоритах, более обогащен легким изотопом (12С), в то время как углерод, находящийся в графите и органическом веществе, более тяжелый (13С). При образовании Земли эти две формы углерода были унаследованы планетой на последних стадиях ее аккумуля­ции.

Э. Галимов отмечает, что изотопный состав не только углеро­да, но и некоторых других элементов земной коры обнаруживает поразительное сходство с изотопным составом тех же элементов углистых хондритов при весьма отдаленном сходстве с другими каменными метеоритами. Эти данные, во-первых, подтверждают гетерогенную аккумуляцию и тот факт, что в завершающих ее этапах участвовало вещество, аналогичное составу углистых хонд­ритов. Во-вторых, образование зон и очагов плавления в мантии было таким, что оно не смогло гомогенизировать изотопный со­став ряда химических элементов.

Дополнительные свидетельства в пользу гетерогенной аккуму­ляции мантии и ее последующей гетерогенной дифференциации мы находим в данных по изотопному составу Sr и РЬ в вулканиче­ских породах, материал которых возник на разных горизонтах в самой мантии. Для исследования ранних процессов дифференциа­ции мантии мы можем использовать изотопные пары: 238U--206Pb, 87Rb—87Sr, поскольку все четыре элемента геохимически ведут себя по-разному в обстановке парциального плавления материала мантии. В ряду элементов летучесть возрастает в такой последо­вательности: U, Sr<Rb<Pb. Отсюда в паре U—Pb мы имеем тугоплавкий родоначальный элемент и летучий дочерний. Для пары Rb—Sr имеет место обратное соотношение. В процессе ге­терогенной аккумуляции первичной мантии в ее глубоких гори­зонтах содержалось повышенное количество U и Sr, но она была обеднена РЬ и Rb. Первичная мантия, сложенная в верхних горизонтах материалом, близким к углистым хондритам С1, была относительно обогащена РЬ и Rb и обеднена U и Sr. Поэтому в породах, впоследствии возникших на разных глубинах мантии, должна наблюдаться антикорреляция между изотопными отно­шениями 204Рb : 204Rb и 87Sr : 86Sr. Возможность такой антикорре­ляции недавно отметил Р. Хатчисон. Так, высокое значение отношения 204Рb : 204Rb и низкое 87Sr : 86Sr. отмечено для вулкани­ческих пород Канарских островов, островов Вознесения и базальтов. о. Св. Елены. Обратное соотношение антикорреляции (низкое отношение 204Рb : 204Rb и высокое 87Sr : 86Sr.) характерно для вул­канических пород островов Тристан-да-Кунья и др. Эти примеры, по-видимому, указывают на неполное смешивание материала ман­тии, а лавы с островов Тристан-да-Кунья возникли из мантии, обогащенной С1 компонентом, в то время как источник других вулканических образований был обеднен этим компонентом.

Для юных лав Исландии разных этапов извержения изотопные измерения обнаружили антикорреляцию, возрастающую в ходе времени: увеличение отношения204Рb : 204Rb сопровождается уменьшением отношения 87Sr : 86Sr. Это можно рассматривать как результат того, что лавы могут возникать от прогрессивно углуб­ляющегося источника, в котором содержание С1 компонента мед­ленно уменьшается с глубиной. Таким образом, изотопные отношения РЬ и Sr в вулканических породах как продуктах вы­плавления мантийного материала определенно указывают на ге­терогенность мантии; что является отдаленным отражением ее ге­терогенной аккумуляции в начале образования нашей планеты. Для более полного обоснования этих представлений необходимы дополнительные измерения изотопного состава РЬ и Sr из много­численных вулканогенных пород, включая наиболее древних пред­ставителей из земной коры разных структурных типов.

Основываясь на данных об изотопных отношениях РЬ и Sr в вулканических породах, Р. Хатчисон предложил модель формирования первичной мантии как результат двухстадийного процесса. На первой стадии материал обычных хондритов обра­зовал Землю, что сопровождалось нагревом, парциальным плав­лением, и в конце концов верхняя часть примитивной Земли суще­ственно лишилась натрия и других более летучих элементов. Вто­рая стадия ознаменовалась периодом длительного охлаждения, когда материал типа С1 добавился к тугоплавкой примитивной верхней мантии.

В результате плавления и дегазации верхней мантии на по­верхность Земли могли поступать в основном три фракции ман­тийного материала: базальтовая магма, а также растворенные в ней вода и газы. Каждое излияние базальтов сопровождалось выносом определенного количества воды, поскольку в самой базаль­товой (габброидной) магме могло содержаться до 7 вес. % рас­творенной воды. А. П. Виноградов высказал мысль о взаимосвязи между количеством излившихся базальтов и поступившей на по­верхность Земли ювенильной воды. На поверхность первичной планеты поступали Н2О, С02, СО, СН4, S, NaS, НзВОз, НС1, HP, a также Не, Ne, Ar, Кг, Хе. Эти газы составляли первичную атмо­сферу Земли, хотя их количественные соотношения вряд ли удаст­ся выяснить достаточно точно. Однако на первом месте стояли Н2О и СО2. Если температура поверхности молодой планеты пре­вышала 370 К, то основная часть атмосферы состояла из паров воды и углекислого газа. Но такая горячая атмосфера вряд ли могла существовать долгое время в связи с явлениями конвекции и быстрым охлаждением поверхности самой Земли.

Гидросфера, включающая Мировой океан, возникла из паров мантийного материала, и первые порции конденсированной воды на Земле были кислыми. Они представляли собой раствор с при­сутствием анионов F, C1, Вг, I, которые и сейчас характерны для морской воды. Отсюда неизбежно следует, что первые ювенильные воды поверхности Земли были минерализованными, а прес­ные воды появились позже в результате испарения с поверхности первичных океанов, что было процессом естественной дистилля­ции. Выпадение атмосферных осадков на поверхность суши могло привести к образованию в пониженных участках рельефа первых пресноводных водоемов. В первичном океане сульфаты присут­ствовали в ничтожных количествах, так как было очень мало сво­бодного кислорода для окисления HgS и образования сульфатов.

Первичная атмосфера Земли была восстановительной и в ней не было свободного кислорода. Только незначительные его коли­чества формировались от воздействия солнечной радиации на мо­лекулы водяных паров и углекислоты, которые разлагались путём фотодиссоциации.

Нам сейчас трудно восстановить химический облик первичной атмосферы Земли. Возможно, значительные количества водорода и гелия диссипировали в космическое пространство, хотя коли­чественную оценку этой потери дать трудно.

Решающее значение в изменении химического состава первич­ной атмосферы имело появление фотосинтезирующих организмов, потребляющих Н2О и СОз из внешней среды, что вызвало также химические изменения в Мировом океане. Первыми фотосинтезирующими организмами были, вероятно, синезеленые водоросли или их предки, возникшие в верхних зонах океана на определен­ных глубинах. Эти глубины определялись слоем воды около 10 м, который поглощал ультрафиолетовую радиацию Солнца, предо­храняя организмы от ее губительного действия. Изучение изотоп­ной истории кислорода в биосфере показало, что свободный кис­лород как активный геохимический фактор образовался преиму­щественно за счет фотосинтетического разложения Н2О организ­мами фитопланктона. С появлением свободного кислорода первичная атмосфера нашей планеты изменилась до неузнаваемости. Количество свободного кислорода прогрессивно возрастало, актив­но окисляя многие вещества окружающей среды. Так, свободный кислород быстро окислил NНз, СН4, СО, а сернистые газы S и h3S были превращены в сульфаты океанической воды. Со времени дей­ствия процесса фотосинтеза СО2 быстро потреблялась фитопланк­тоном, а также связывалась в карбонатных осадках. Вся дальней­шая деятельность фотосинтезирующих организмов стала направ­ленной на интенсивное извлечение СОз из атмосферы.

Таким образом, верхние легкие оболочки Земли—атмосфера, гидросфера и отчасти определенные части коры возникли глав­ным образом за счет дегазации мантии. Естественно, что дегазания мантии Земли и связанная с ней миграция литофильных эле­ментов в силикатных расплавах происходила наиболее интенсивно на наиболее ранних периодах развития Земли, учитывая ра­диоактивный нагрев и нагрев от экзотермического эффекта завер­шения формирования земного ядра. В последующую геологиче­скую историю дегазация затухала, периодически возобновлялась в подвижных зонах земной коры и верхней мантии при рождении вулканов в горных поясах и в виде островных дуг в периоды горо­образования.

Дифференциация вещества Земли с начала ее образования имела различную скорость. Так, завершение формирования внеш­него ядра Земли в результате центростремительной миграции сидерофильных и халькофильных элементов произошло относитель­но быстро и в современную эпоху едва ли продолжается в значи­тельных масштабах. Однако что касается центробежной мигра­ции, то она имела место во всей истории Земли и продолжается в современную эпоху.

5.Вывод.

Несмотря на многочисленные усилия исследователей разных стран и огромному эмпирическому материалу по составу отдель­ных членов Солнечной системы, мы находимся только на первом этапе понимания истории и происхождения Солнечной системы вообще и нашей Земли в частности. Однако сейчас становится все более очевидным, что возникновение Земли было результа­том сложных явлений в исходном веществе, охвативших ядерные, а впоследствии и химические процессы. В связи с непосредствен­ным исследованием материала планет и метеоритов у нас все бо­лее укрепляются основы для построения естественной теории про­исхождения Земли. B настоящее время нам представляется, что фундаментом теории происхождения Земли являются следующие положения.

1. Происхождение Солнечной системы связано с происхожде­нием химических элементов: вещество Земли вместе с веществом Солнца и других планет в далеком прошлом находилось в усло­виях ядерного синтеза.

2. Последним этапом ядерного синтеза было образование тя­желых химических элементов, включая уран и трансурановые элементы. Об этом свидетельствуют следы вымерших радиоактив­ных изотопов, обнаруженные в древнем материале Луны и метео­ритов. Эти следы в виде трэков осколочного деления и ксеноновых изотопных аномалий можно рассматривать как прямые отголоски некогда мощных космических процессов созидания атомных ядер в обстановке нейтронного захвата.

3. Естественно, что Земля и планеты возникли из того же ве­щества, что и Солнце. Исходный материал для построения планет был первоначально представлен разобщенными ионизированны­ми атомами. Это был в основном звездный газ, из которого при охлаждении возникли молекулы, жидкие капли, твердые тела — частицы.

4. Конденсация солнечного газа в зависимости от гелиоцент­рического расстояния привела к фракционированию химических элементов и дала химически различные продукты, что отразилось на составе планет и метеоритов. Ближайшие к Солнцу планеты получили повышенную долю тугоплавкой высокотемпературной фракции по сравнению с планетами более отдаленными.

5. Земля возникла преимущественно за счёт тугоплавкой фрак­ции солнечного вещества, что отразилось на составе ядра и сили­катной мантии. Процесс аккумуляции нашей планеты происходил под влиянием различных факторов. При этом металлическое же­лезо и близкие к нему элементу имели явное преимущество перед другими веществами объединяться первыми в компактные массы.

6. Основные предпосылки появления жизни на Земле были созданы в конце остывания первичной газовой туманности. На последнем этапе остывания в результате каталитических реакции биофильных элементов образовались многочисленные органиче­ские соединения, обусловившие возможность появления генетиче­ского кода и саморазвивающихся молекулярных систем. Возник­новение Земли и жизни представляло собой единый взаимосвязан­ный процесс—результат химической эволюции вещества Солнеч­ной системы.

6. Список использованной литературы.

1. Войткевич Г.В. Основы теории происхождения Земли. М., “Недра”, 1979, 135с.

2. Рингвуд А.Е. Состав и происхождение Земли. М., “Наука”, 1981, 112с.

topref.ru

Реферат на тему Происхождение Земли Мифы и теории

Литература 1. Чернавский Д.С. Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики. – М., 2002 2. Спирич А.С. Биосинтез белков и происхождение жизни. – М., 1999 3. Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. – М., 1996 4. Марков А.В. Происхождение жизни. – М., 2004 5. Докинз Р. Бог как иллюзия. – М., 2001

bukvasha.ru

Реферат - Проблемы происхождения и развития земли 2

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

Владимирский государственный университет

Муромский институт (филиал)

Специальность: 040101.65

Социальная работа

Факультет:____________

Кафедра: _____________

Контрольная работа

По курсу: Концепция современного Естествознания

Тема:___ Проблемы происхождения и развития земли.

Руководитель:

Соловьев Л. П.______

(фамилия, инициалы )

_______________________________

(подпись) (дата)

Выполнил:

Студент СРз – 109

Паршина Е.В. ______

( фамилия, инициалы)

________________

(подпись)(дата)

Муром 2010 год

Содержание

Ведение……………………………………………………………2

ГЛАВА Ι. Происхождение Земли……………………………….7

1.1 Модель большого взрыва……………………………

1.2. Теория Канта………………………………………….7

1.3. Небулярная теория Лапласа………………………….8

1.4. Современные теории………………………………….9

Заключение………………………………………………………...11

Список литературы………………………………………………..12

Введение

Земля — одна из девяти планет, вращающихся вокруг Солнца. Многие звезды, подобные нашему Солнцу, образуют галактику Млечного Пути. В свою очередь, спиральная галактика Млечного Пути -одна из множеств галактик разной формы, существующих во Вселенной. Она включает свыше 100 млрд. звезд. Таким образом, можно представить, насколько многообразна и бесконечна наша Вселенная. Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем.

С появлением науки в ее современном понимании на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении мира. Наука отличается от мифологии тем, что стремится не к объяснению мира в целом, а к формулированию законов развития природы, допускающих эмпирическую проверку.

Окружающий нас мир — это, прежде всего, мир земной природы. Комплекс наук о земле называют геологией. Земля место и необходимое условие существования человечества. Решение вопроса о происхождении Земли значительно затрудняется тем, что других подобных систем мы пока не наблюдаем. Нашу солнечную систему не с чем пока ещё сравнивать, хотя системы, подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлением.

В настоящее время при проверке той или иной гипотезы о происхождении Солнечной системы в значительной мере основывается на данных о химическом составе и возрасте пород Земли и других тел Солнечной системы.

Целью данной работы является изучение проблем происхождения и развития Земли. В работе поставлены следующие задачи:

· изучение основных гипотез происхождения и развития Земли.

ГЛАВА Ι. Происхождение Земли

1.1 Модель Большого Взрыва.

Наблюдаемая нами Вселенная, по данным современной науки, возникла в результате Большого взрыва около 15-20 млрд. лет назад. Представление о Большом Взрыве является составной частью модели расширяющейся Вселенной.

Все вещество Вселенной в начальном состоянии находилось в сингулярной точке: бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц. Затем последовал взрыв. «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы», — писал в своей работе С. Вейнберг.

Что же было после Большого взрыва? Образовался сгусток плазмы — состояния, в котором находятся элементарные частицы — нечто среднее между твердым и жидким состоянием, который и начал расширяться все больше и больше под действием взрывной волны. Через 0,01 сек после начала Большого Взрыва во Вселенной появилась смесь легких ядер. Так появились не только материя и многие химические элементы, но и пространство и время.

Космическая пыль. Возраст нашей планеты Земля составляет около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Предполагается, что частицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из силикатов, в состав которых входит кремний. Газы тоже присутствовали, и они конденсировались, образуя органические соединения, в состав которых входит углерод. Затем образовались углеводороды (соединения углерода с водородом) и соединения азота.

Древнейшая Земля весьма мало напоминала планету, на которой мы сейчас живем. Её атмосфера состояла из водяных паров, углекислого газа и, по одним, — из азота, по другим — из метана и аммиака. Кислорода в воздухе безжизненной планеты не было, в атмосфере древней Земли гремели грозы, её пронизывало жёсткое ультрафиолетовое излучение Солнца, на планете извергались вулканы. Исследования показывают, что полюса на Земле менялись, и когда-то Антарктида была вечнозеленой. Вечная мерзлота образовалась 100 тыс. лет назад после великого оледенения.

1.2. Теория Канта

На протяжении многих веков вопрос о происхождении Земли оставался монополией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в XIII веке. С тех пор не переставали появляться все новые и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений.

Первой в этом ряду была знаменитая теория, сформулированная в 1755 году немецким философом Иммануилом Кантом. Кант считал, что солнечная система возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе.

Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь, друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под действием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгусток — Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие и легкие частицы.4

Таким образом, возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории которых взаимно пересекались. Часть этих тел, первоначально двигавшихся в противоположных направлениях, в конечном счете, были втянуты в единый поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизительно в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении, не мешая, друг другу.

В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра, к которым постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаровидные скопления материи; так складывались планеты, которые продолжали кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газообразного вещества.

1.3.Небулярная теория Лапласа

В 1796 году французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас выдвинул теорию, несколько отличную от предыдущей. Лаплас полагал, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности (небулы) с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров. Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально медленно вращалась в пространстве.

Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась, причем скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В экваториальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробежной силой изменялось в пользу этой последней, так что, в конечном счете, масса вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от остального тела и образовала кольцо.

От продолжавшей вращаться туманности последовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов — мелких небесных тел. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет.

Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля, по П. Лапласу, представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое состояние, а затем, по мере дальнейшего охлаждения, на его поверхности стала образовываться твердая кора. Эта кора была окутана тяжелыми атмосферными парами, из которых при остывании конденсировалась вода.

Эти две теории взаимно дополняли друг друга, поэтому в литературе они часто упоминаются под общим названием как гипотеза Канта-Лапласа. Поскольку наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой теории было в XIX веке множество последователей.

1.4.Современные теории развития Земли.

В XIX веке в геологии сформировались две концепции развития Земли.

1. Теория «катастроф», согласно которой развитие земли осуществляется посредством скачков, катастроф, ее основателем является Жорж Кювье. Он считал, что наша Земля обязана своим образованием некоему вмешательству извне, например, близкой встрече Солнца с какой-то блуждающей звездой, вызвавшей извержение части солнечного вещества. В результате расширения раскаленная газообразная материя быстро остывала и уплотнялась, образуя большое количество маленьких твердых частиц, скопления которых были чем-то вроде зародышей планет.

2. Эволюционная теория ее выдвинул Чарльз Лайлель- «Принцип униформизма». Развитие осуществляется посредством небольших изменений, осуществляющих в одном и том же направлении. Суммируясь, эти изменения приводят к значительным результатам.

3. В последние годы американскими и советскими учеными был выдвинут ряд новых гипотез. Если раньше считалось, что в эволюции Земли происходил непрерывный процесс отдачи тепла, то в новых теориях развитие Земли рассматривается как результат многих разнородных, порой противоположных процессов.

Одновременно с понижением температуры и потерей энергии могли действовать и другие факторы, вызывающие выделение больших количеств энергии и компенсирующие таким образом убыль тепла. Одно из этих современных предположений его автор американский астроном Ф. Л. Уайпль (1948) назвал «теорией пылевого облака». Однако по существу это ничто иное как видоизмененный вариант небулярной теории Канта-Лапласа.5

Любопытно, что на новом уровне, вооруженные более совершенной техникой и более глубокими познаниями о химическом составе солнечной системы, астрономы вернулись к мысли о том, что Солнце и планеты возникли из обширной, нехолодной туманности, состоящей из газа и пыли. Мощные телескопы обнаружили в межзвездном пространстве многочисленные газовые и пылевые «облака», из которых некоторые действительно конденсируются в новые звезды. В связи с этим первоначальная теория Канта-Лапласа была переработана с привлечением новейших данных; она может сослужить еще хорошую службу в деле объяснения процесса возникновения солнечной системы.

Успехи физики XX века способствовали существенному продвижению в познании истории Земли. В 1908 году ирландский ученый Д. Джоли сделал сенсационный доклад о геологическом значении радиоактивности: количество тепла, испущенного радиоактивными элементами, вполне достаточно, чтобы объяснить существование расплавленной магмы и извержение вулканов, а также смещение континентов и горообразование. С его точки зрения, элемент материи — атом — имеет строго определенную длительность существования и неизбежно распадается. В следующем 1909 году русский ученый В. И. Вернадский основывает геохимию — науку об истории атомов Земли и ее химико-физической эволюции.

В соответствии с современными взглядами температура ядра Земли может быть низкой, а процессы в земной коре имеют радиоактивную природу. Сначала Земля была холодной. Атомы радиоактивных элементов, распадаясь, выделяли тепло, и недра разогревались. Это повлекло за собой выделение газов и водяных паров, которые, выходя на поверхность, положили начало воздушной оболочке и океанам.

В 1915 году немецкий геофизик А. Вегенер предположил, исходя из очертаний континентов, что в карбоне (геологический период) существовал единый массив суши, названный им Пангеей (греч. «вся земля»). Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану. 135 млн. лет назад Африка отделилась от Южной Америки, а 85 млн. лет назад Северная Америка — от Европы; 40 млн. лет назад Индийский материк столкнулся с Азией и появились Тибет и Гималаи.

Решающим аргументом в пользу принятия данной концепции А. Вегенера стало эмпирическое обнаружение в конце 50-х годов расширения дна океанов, что послужило отправной точкой создания тектоники литосферных плит. В настоящее время считается, что континенты расходятся под влиянием глубинных конвективных течений, направленных вверх и в стороны и тянущих за собой плиты, на которых плавают континенты. Эту теорию подтверждают и биологические данные о распространении животных на нашей планете. Теория дрейфа континентов, основанная на тектонике литосферных плит, ныне общепринята в геологии.

Глобальная тектоника.

Свою лепту в возрождение концепции дрейфа внесли и высокие технологии: именно компьютерное моделирование в середине 1960-х годов показало хорошее совпадение границ континентальных масс не только для Циркум-Атлантики, но и для ряда остальных материков — Восточной Африки и Индостана, Австралии и Антарктиды.

В результате в конце 60-х появилась концепция тектоники плит, или новой глобальной тектоники.

Предложенная сначала чисто умозрительно для решения частной задачи -распределения землетрясений различной глубинности на поверхности Земли, — она сомкнулась с представлениями о дрейфе континентов и мгновенно получила всеобщее признание. К 1980 году — столетию со дня рождения Альфреда Вегенера — стало принято говорить о формировании новой парадигмы в геологии. И даже о научной революции, сопоставляемой с революцией в физике начала XX века…

Согласно этой концепции, земная кора разбита на несколько огромных литосферных плит, которые постоянно двигаются и продуцируют землетрясения. Первоначально было выделено несколько литосферных плит: Евразийская, Африканская, Северо — и Южноамериканская, Австралийская, Антарктическая, Тихоокеанская. Все они, кроме Тихоокеанской, чисто океанической, включают в себя части как с континентальной, так и океанической корой. И дрейф континентов в рамках этой концепции — не более чем их пассивное перемещение вместе с литосферными плитами.

В основе глобальной тектоники лежит представление о литосферных плитах, фрагментах земной поверхности, рассматриваемых, как абсолютно жесткие тела, перемещающиеся словно по воздушной подушке по слою разуплотненной мантии -

астеносфере, со скоростью от 1-2 до 10-12 см в год. В большинстве своем они включают как континентальные массы с корой, условно называемой «гранитной», так и участки с корой океанической, условно называемой «базальтовой» и образованной породами с низким содержанием кремнезема.

Учёным совершенно не ясно, куда движутся и движутся ли материки вообще, а если движутся, то за счёт действия каких сил и источников энергии. Широко распространённое предположение о том, что причиной движения земной коры служит тепловая конвекция, по сути, неубедительно, ибо оказалось, что такого рода предположения идут вразрез с основными положениями многих физических законов, экспериментальных данных и многочисленных наблюдений, включая данные космических исследований о тектонике и строении других планет. Реальных схем тепловой конвекции, не противоречащих законам физики, и единого логически обоснованного механизма движения вещества, одинаково приемлемых для условий недр звёзд, планет и их спутников, до сих пор не найдено.

В срединно-океанических хребтах образуется новая разогретая океаническая кора, которая, остывая, снова погружается в недра мантии и рассеивает тепловую энергию, идущую на перемещение плит земной коры.

Гигантские геологические процессы, такие как вздымание горных хребтов, мощные землетрясения, образование глубоководных впадин, извержение вулканов, — все они, в конце концов, порождаются движением плит земной коры, при котором происходит постепенное охлаждение мантии нашей планеты.

Каждая из этих космогонических теорий внесла свой вклад в дело выяснения сложного комплекса проблем, связанных с происхождением Земли.

Все они рассматривают возникновение Земли и солнечной системы как закономерный результат развития звезд и вселенной в целом. Земля появилась одновременно с другими планетами, которые, как и она, вращаются вокруг Солнца и являются важнейшими элементами солнечной системы.

Подводя итог работы, отметим, что поставленные задачи работы были решены:

· были изучены основные гипотезы происхождения и развития Земли.

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце — не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии нефти, угля, воды, ветра). Издавна у разных народов Солнце было объектом поклонения. Его считали самым могущественным божеством. Солнце – это наша звезда. Изучая Солнце, мы узнаём о многих явлениях и процессах, происходящих на другихзвёздах и недоступных непосредственному наблюдению из-за огромных расстояний, которые отделяют нас от звёзд.Возраст Солнца примерно равен 4.5 миллиарда лет. С момента своего рождения оно израсходовало половину водорода содержащегося в ядре. Оно будет продолжать «мирно» излучать следующие 5 миллиардов лет или около того (хотя его светимость возрастет примерно вдвое за это время). Но, в конце концов, оно исчерпает водородное топливо, что приведет к радикальным переменам, что является обычным для звезд, но увы приведет к полному уничтожению Земли (и созданию планетарной туманности).

Список используемых источников

1. Баев, К Л. Земля и Планеты./К.Л. Баев. – М.: Наука, 2001.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания, учебное пособие, издательство «Центр», Москва, 1997 г

3. Дубнищева, Т.Я. Концепции современного естествознания./Т.Я. Дубнищева. – Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2005.

4. Канке, В.А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. Издание второе, исправленное./В.А. Канке. – М.: Логос, 2002.

5. Климишин, И.А. Астрономия наших дней./И.А. Климишин. – М.: Наука, 2000.

6. Концепция современного естествознания (система основных понятий)6учебно-методич. Пособие- М.: «Флинта» 2005. -576 с.

7. Кокин, А.В. Концепции современного естествознания./А.В. Кокин. – М.: Приор, 1998.

4 Маракушев А.А., «Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности», М., «Наука», 1999, с.23

5 Маракушев А.А., «Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности», М., «Наука», 1999, с.78

www.ronl.ru

Реферат : Происхождение земли

Космонавты американского космического корабля «Аполлон» говорили, что, когда они были на Луне, Земля с голубой водой и белыми облаками была для них самым манящим объектом из всех, которые они могли наблюдать на небе. Их пристрастие понятно. Они знали из личного опыта, на что похожа эта планета, и могли перевести вид облаков, океанов и континентов в свой повседневный опыт—скажем, в морской бриз, накатывающий волны на освещенный солнцем берег.

Вероятно, то, что больше всего нравится людям на Земле, даже если они не могут выразить этого словами,— это картина постоянного движения. На Земле покой заметен благодаря своей редкости. Движение всюду — от постоянного смещения песчинок в дюнах, движения бактерий и других форм жизни до мощных колебаний в самой Земле, когда она дрожит во время землетрясения и после него.

Эта планета активна. В самом деле, она активна уже 4,6 млрд.-лет и не видно никаких признаков успокоения. Земная атмосфера, океаны, тонкая кора и глубокие недра находятся в движении с тех пор, как образовались. Жизнь является составной частью поверхности по меньшей мере в течение 4/5 истории планеты.

В процессе постоянной активности Земля в своей эволюции прошла через разные стадии, сохраняя в течение всего времени состояние динамического равновесия. Равновесие включает в себя обмен веществом и энергией между недрами, поверхностью, атмосферой и океанами. Исследования в области геологии с привлечением результатов геохимии, геофизики и палеонтологии показали, как происходила эволюция поверхностных слоев Земли. Эти знания, объединенные с устоявшейся теорией внутреннего строения Земли и гипотезами о движении внутренних слоев Земли, поставляют сведения для построения теории эволюции планеты.

Статья Камерона (см. «Образование и эволюция Солнечной системы») описывает процесс возникновения Земли и других планет путем конденсации определенных областей солнечного протопланетного облака. Первоначальное строение протопланетного облака и его структура в более поздний период выводятся из строения земных горных пород, горных пород, доставленных на Землю с Луны, метеоритов и атмосфер Земли, Марса, Венеры и Юпитера.

Появлению теории развития Земли больше всех способствовали исследователи, изучавшие постепенную конденсацию и аккрецию твердой планеты по мере того как она увлекала огромны^ .. ..'ичества малых частиц из протопланетного диска, из которого обра-зовалась-теперешняя Солнечная система. Так как планета росла, она начала нагреваться в результате совместного действия гравитационного сжатия, столкновений с метеоритами и нагревания, вызванного радиоактивным распадом урана, тория и калия, (Хотя калий обычно не считается радиоактивным элементом, 0,01 °/о этого элемента на Земле является радиоактивным изотопом калия-40.) В результате внутренние слои расплавились. Процесс расплавления можно назвать «железной катастрофой»; он включал в себя обширную перестройку всего тела планеты. Расплавленные капли железа и сопутствующих ему элементов оседали к центру Земли и там образовали расплавленное ядро, которое остается в значительной степени оасплавленным и сегодня.

По мере того как тяжелые металлы оседали к центру, легкие «шлаки» всплывали наверх — к внешним слоям, которые в настоящее время составляют верхнюю мантию и кору. Возникновению более легких элементов, таких, как алюминий и кремний и два щелочных металла, натрий и калий, сопутствовало образование радиоактивных тяжелых элементов урана и тория. Объяснение возникновения этих тяжелых элементов лежит в механизме, посредством которого атомы урана и тория образуют кристаллические соединения. Размер и химическое сродство атомов препятствуют тому, чтобы они образовывали плотные, компактные структуры, которые являются устойчивыми при высоких давлениях, существующих в глубоких недрах Земли. Следовательно, атомы урана и тория были «выжаты» и вынуждены переселяться вверх, в область верхней мантии и коры, где они легко подошли к более открытым кристаллическим структурам силикатов и окислов, находящихся в горных породах земной коры.

По мере того как внутри Земли произошла дифференциация на ядро, мантию и кору, вещество в верхних областях также расслаивалось на разные фракции, i Нижние слои коры состоят из базальтов и габбро — темных горных пород, в состав которых входят кальций, магний и соединения, богатые железом, главным образом силикаты. Они образовались в результате частичного расплавления и разделения более плотных веществ верхней мантии. Базальт и габбро сами подверглись дифференциации в результате кристаллизации и частичного плавления и так же, как более легкие жидкие вещества, были выдавлены через кору. В верхних слоях коры и на поверхности они затвердевали и образовывали такие более легкие горные породы вулканического происхождения, как гранит, обогащенные кремнием, алюминием и калием.

Вопрос о том, в какой степени эти процессы были завершены на ранней стадии, по мнению автора, остается нерешенным. Некоторые геологи утверждают, что значительная, а возможно, и большая часть гранитной коры была образована уже на этой стадии. Другие считают, что процесс мог едва начаться даже через 1 млрд. лет после образования Земли.

Одним из результатов разогревания внутренних слоев явилось начало вулканической деятельности и горообразования. Они привели не только к изменению формы поверхности, но и к громадным изменениям в строении внутренних слоев. В течение этого времени различные газы, которые вошли в состав планеты, когда она образовалась в результате аккреции, начали искать путь к поверхности. Среди них были углекислый газ, метан, водяной пар и газы, содержащие серу. Газы должны были течь к поверхности особенно интенсивно в период перестройки и дифференциации. Они оставались на поверхности, так как сила тяжести на Земле была достаточной для того, чтобы помешать всем газам, кроме самых легких (водорода и гелия) , уйти в окружающее пространство. Температура в то время должна была быть достаточно низкой и допускала конденсацию воды. Растворяясь в воде, другие газы вступали в химические реакции с такими элементами, как кальций и магний, которые выщелачивались из горных пород, когда выпадение дождей начало приводить к выветриванию. Если бы температура была выше, наличие плотной атмосферы с большим содержанием углекислого газа привело бы к установлению так называемого «парникового эффекта», который, по-видимому, возник на Венере, что привело к образованию горячей облачной атмосферы этой Планеты (с^. «Венера» Э. и Л.Янгов).

^По мере того как остывала поверхность Земли и в результате конденсации воды образовались океаны, процессы эрозии под действием ветра и воды начали действовать в основном так же, как они действуют и сейчас. Жидкая вода стала преобладающей формой переноса и перераспределения продуктов выветривания гор. Речные системы на поверхности являются видимыми следами сети, которая несла продукты выветривания к океанам, где большая их часть скапливалась в виде наносов осадочных отложений вдоль континентальных шельфов и континентальных выработ^^) Остатки осадочных отложений в результате оседания и движений мутьевых потоков распределились тонким слоем глубоко на дне океанов.

Некоторые геохимики и геофизики рассматривали несколько по-иному цепочку событий, которые привели к аккреции Земли из конденсирующегося солнечного протопланетного облака. В соответствии с этими воззрениями Земля и другие планеты являются продуктами постепенной конденсации солнечного протопланетного облака, в течение которой определенные тяжелые элементы, главным образом железо, кристаллизовались .первыми, в то время как более легкие части протопланетного облака находились еще в газообразном состоянии. В процессе аккреции ядро планеты будет обогащено железом в центре, а более легкие фракции будут располагаться последовательно в порядке, соответствующем порядку их кристаллизации из газа, собирающегося во внешних чаях по мере роста планеты.

Каков бы ни был механизм аккреции, история эволюции Земли на более поздней стадии (после первого миллиарда лет) в основном может быть восстановлена по записям,

которые содержат в себе горные породы коры. То, о чем они свидетельствуют, лучше всего может быть рассказано языком геологических «часов», которые начали идти в докембрийские времена. Наиболее старые из известных в настоящее время горных пород—это метамор-физованные осадочные и вулканические. горные породы, которым по содержанию радиоактивных элементов может быть приписан возраст около 3,7 млрд. лет. Они еще старше, чем очень старые горные породы, относящиеся к периоду времени, известному в геологии под названием архейского. Считается, что горные породы, относящиеся к этому периоду, имеют возраст более 2,2— 2,8 млрд. лет (возраст границы с более молодыми геологическими эпохами меняется в разных частях районов Земли с древними горными породами). Большинство «записей», содержащихся в горных породах, отрывочны, но они реальны, и никому больше не приходится полагаться на одни лишь соображения правдоподобия теории^

Оказывается, что горные породы архейской эры несколько отличаются от пород последующих периодов в том смысле, что в это время были распространены определенные их типы, а многие другие типы относятся к более поздним периодам. Среди архейских пород преобладают базальты и андезиты — вулканические породы, богатые железом и магнием при недостатке натрия и калия и относительно низком содержании кремниевых соединений. Песчаники и сланцы архейской эры образовались в результате выветривания и переработки этих вулканических пород. Здесь отсутствуют большие тела из гранита — породы, более богатой щелочами и кремниевыми соединениями. Такие отклонения в строении по отношению к более поздним породам наводят на мысль, что выделение гранитных пород в результате кристаллизации и частичного плавления пород с меньшим содержанием кремния продвинулось не настолько далеко, как это произошло позднее.

Архейские породы служат также подтверждением того, что характер тектонических явлений, т. е. горообразовательная активность, которая определила форму поверхности, отличался от современного. В настоящее время принято, что тектонические явления связаны с существованием больших плит литосферы (которая включает в себя кору и часть верхней мантии), движущихся над астеносферой (горячим, пластичным и, вероятно, частично расплавленным слоем мантии). Движущей силой являются движения в мантии, хотя точная природа этого движения • не определена. Геологическая активность землетрясений, вулканов и горообразования концентрируется вдоль границ плит.

Считается, что архейские породы очень рассеяны и дают мало информации, однако изучение наиболее старых архейских площадок в Канаде и площадок такого же возраста в Африке и Скандинавии не подтверждает того, что горообразование происходило там вдоль границ больших плит. Это подтверждает модель интенсивной деформации вдоль границ неправильных площадок гораздо меньшей протяженности, чем плиты. Многие геологи подозревают, что архейский период был временем, когда литосферная кора была очень тонкой, временем активной вулканической деятельности и столкновений между множеством маленьких тонких «плиточек» с возникновением «швов», или поясов сморщивания, спаивающих их вместе.

Хотя архейская эра заметно отличалась от современной тектоническим стилем и средним строением вулканических пород, она была похожа на современную всеми существенными процессами эрозии и осаждения на поверхности. Все отличительные признаки выветривания, механической переработки пород, переноса реками и осаждения в областях, где кора постепенно понижается и допускает скопления больших толщин осадочных пород, обнаруживаются в осадочных породах архейского периода. Это было показано более 30 лет назад Петтенд-жиллом из Университета Джонса Гоп-кинса, который изучал ранние докемб-рийские осадочные породы в районе озера Верхнее. Глядя на эти песчаники, сланцы и конгломераты, трудно найти какое-нибудь заметное различие между ними и относящимися к более позднему периоду, так как все это — затвердевшие эквиваленты современного гравия, песка и глины.

В настоящее время в эрозии и химическом разрушении пород принимают участие земные растения. Однако известно, что высшие растения на суше возникли не ранее чем через 2 млрд. лет после архейского периода, т. е. в середине палеозойской эры. Вероятно, до того, как возникли растения, на суше существовали более низшие формы, так же как они, несомненно, существовали и в море.

Доказательство существования морских водорослей в позднюю до-кембрийскую эпоху было получено несколько лет назад, когда палеоботаник Баргхорн из Гарвардского университета, работающий вместе с Таймером, специалистом по осадочным породам из Университета штата Висконсин, обнаружил микроскопические остатки морских водорослей в кремнистом сланце из Ганфлинта — плотной осадочной породе, состоящей из кремнезема. По содержанию радиоактивных элементов и периоду их полураспада было установлено, что возраст этого сланца порядка 2 млрд. лет. После этого другие органические структуры, которые похожи на остатки организмов, были обнаружены в еще более старых породах. Самая старая из них — кремнистый сланец из Свазиленда (Африка) — имеет возраст около 3,4 млрд. лет.

Эта работа по поиску свидетельств древней жизни является кропотливым трудоемким процессом. Тысячи образцов пород должны быть распилены на сверхтонкие пластины, а затем отполированы для того, чтобы их можно было изучать под оптическим и электронным микроскопами. Хотя органический углерод был обнаружен в старых породах задолго до открытия в упомянутых выше кремнистых сланцах, можно всегда предположить множество простых химических механизмов для объяснения этого. Полученное недавно доказательство существования характерных форм клеточной жизни в древние времена трудно опровергнуть.

Теперь о том, как возникла жизнь на Земле. Это рассказ о правдоподобных химических механизмах, которые следуют из определенных предположений о раннем химическом составе поверхности. Можно начать с возникновения ранней архейской атмосферы (образовавшейся в результате выхода газа из внутренних слоев), в которой преобладали вода, метан и аммиак. Свободный кислород отсутствовал, так как он является продуктом жизни, а не предшественником ее; Атмосфера могла также включать в себя заметные количества углекислого газа.

Существование и характер этой атмосферы связаны с тем фактом, что Земля меньше Юпитера и больше Луны. Юпитер способен удержать свой водород, который был самым обильным элементом в солнечном протопланет-ном облаке. Луна не могла удержать никакого газа

В воздушной оболочке Земли и под ней в поверхностных слоях моря и больших озерах было интенсивным ультрафиолетовое излучение Солнца. Поверхность не была защищена от ультрафиолета слоем озона, как сейчас, за неимением кислорода (02 ), из которого образовался бы озон (С)з). Высокая энергия ультрафиолетового излучения способствовала синтезу множества органических соединений, например аминокислот. Возможно, многие из этих соединений уже существовали там, поскольку теперь известно, что многие простые органические соединения присутствуют в межзвездном пространстве.

Однако синтез недолговечных органических соединений — это не то же, что возникновение жизни. Следующими шагами должен быть рост больших молекул и затем нуклеиновых кислот, который в конечном итоге приведет к возникновению генетического механизма воспроизведения, так что клетки могут делиться и порождать новые клетки, подобные им самим.

Нельзя точно сказать, каков должен быть диапазон химических условий, необходимый для поддержания жизни. (Неопределенность может быть уменьшена в результате полета американских космических аппаратов, которые должны были опустить на поверхность Марса в 1976 г. сейчас известно только, что Земля поддерживает жизнь, и это обстоятельство обязано продолжительному существованию жидкой воды. В настоящее время Земля является единственной планетой, про которую известно, что она удовлетворяет этому условию. Постоянно обнаруживаемые следы жизни на Земле, относящиеся по крайней мере к последним 3,5 млрд. лет, показывают, что жидкая вода имелась в течение всего этого времени.

Когда возникла жизнь, она начала оказывать важное влияние на поверхность Земли и газовую оболочку, окружающую ее. В формации Биттер Спрингс, расположенной в центральной Австралии, которой немного меньше 1 млрд. лет, палеоботаники обнаружили клеточные морские водоросли, подобные по многим геометрическим характеристикам сине-зеленым водорослям. Современные сине-зеленые водоросли, как и все другие фото-синтезирующие растения, выделяют кислород. К концу протерозойской эры, которая лежит между архейским периодом и началом палеозойской эры, в атмосфере должно было накопиться достаточное количество кислорода для поддержания эволюции высших организмов. Они были многоклеточными, т. е. живыми организмами, имеющими много клеток с различающимися характеристиками. Оказывается, всем этим организмам необходимы по крайней мере небольшие количества свободного кислорода для их биохимических процессов.

Кислород не является единственным атмосферным газом, возникшим при наличии жизни. В незначительных количествах присутствует, например, метан. По-видимому, его источником первоначально являлись метанообра-зующие бактерии, выделяющие обильно «болотный газ». Атмосфера также включает в себя другие газы, которые являются скорее продуктами деятельности биосферы, чем более простых небиологических химических реакций.

Протерозойская эра была временем, когда мир был населен бактериями, морскими водорослями и другими примитивными одноклеточными организмами, которые, вероятно, существовали и на суше, и на море. Их влияние на процессы, происходящие на поверхности, видно на протерозойских породах. Наиболее характерно это для стро-матолитов—формаций горных пород, состоящих из известковых выделений нитевидных водорослей и осадочных пород, задержанных ими. Строматолиты в настоящее время обнаружены в таких местах, как Багамские и Бермудские острова, где известняки лежат внизу на абиссальных равнинах. Другое свидетельство протерозойской жизни обнаружено в нескольких угольных пластах, образованных массами пропитанных углеродом остатков водорослей.

Если бы наблюдатель посмотрел вниз на Землю с искусственного спутника в протерозойское время, он описал бы ее поверхность так же, как наблюдатель, находящийся в подобной ситуации, сделал бы сейчас. Только прибор для определения химического состава атмосферы смог бы обнаружить какие-то различия. Доказательством этого подобия служат протерозойские породы, которые принадлежат к тем же типам и имеют тот же состав, что и породы всех более поздних периодов.

К поздней протерозойской эпохе система Земля — Луна после изменений, имевших место в начальный период, превратилась в основном в ту систему, которую мы видим в настоящее время. Приливы должны были быть несколько выше, чем сейчас, но отличие было небольшим. Примерно в то время, когда Луна стала холодной, длительный нагрев и дифференциация верхней мантии Земли и коры привели к интенсивному захвату больших тел гранитных пород и к образованию опоясывающих горных цепей, источником которых, как предполагают, является тектоника плит.

Из анализа как протерозойских, так и более поздних пород получены данные о периодических изменениях знака магнитного поля Земли, происходивших в течение большей части ее истории. По мере того как нагретая порода остывает, она намагничивается в направлении магнитного поля Земли, и силовые линии вмораживаются, когда порода отвердевает. Кроме того, определенные осадочные породы, которые содержат намагниченные частицы, сохранили, направление поля тех времен, когда они отлагались. Причины перемен лежат в нестабильности движений в жидком ядре, которые генерируют магнитное поле Земли.

Палеомагнитные данные рассказывают также и о движении полюсов. Это не означает, что северный и южный полюсы движутся; наоборот, детали поверхности Земли сдвигаются относительно полюсов. Этот вывод, подкрепляемый палеомагнитными данными, основан на геологических записях древнего климата, таких, как угольные пласты в полярных районах и ледниковые отложения вблизи экватора.

Оказывается, что в протерозойское время около южного полюса находился большой континент, и основным процессом, определяющим палеогеогра-фию, был его дрейф.

Породы хранят свидетельства о периоде главной ледниковой эпохи, первой, существование которой твердо доказано. Эти свидетельства оказываются недостаточными для точного установления возраста этого ледникового периода. Неизвестно, имел ли он ту же длительность, что и недавние (плейстоценовые) ледниковые периоды, состоял ли он так же, как и они, из многих эпизодов, когда ледники наступали и отступали. Можно лишь предположить, что механизмы, подобные тем, что приняты для ледниковых периодов плейстоцена, являются общими: это движение континентальной массы, лежащей у одного из полюсов и ограничивающей способность океана и атмосферы распределять тепловую энергию равномерно по сфере. Для внешнего наблюдателя Земля в то время выглядела немного похожей на Марс, за исключением того, что на экваторе уже были океаны. Один из интересных вопросов относительно ледниковых эпох Земли состоит в следующем: почему на Земле установилось тепловое равновесие при такой температуре, которая достаточно низка для того, чтобы образовались большие полярные шапки, но слишком высока для полного замерзания всей поверхности ?

Точно так же, как история человечества сливается с его предысторией, последние 570 млн. лет истории Земли (начиная с палеозойской эры) связаны с 9/10 продолжительности ее предшествовавшей эволюции, которая долгое время оставалась тайной. Более столетия последние 570 млн. лет рассматривались как геологически «известный» период; поэтому его часто называли «фанерозойским», от греческого «phaneros» — открывать. Хотя первые геологи обнаружили, что некоторые докембрийские территории поддаются картированию обычными геологическими методами, не было ископаемых, имеющих достаточное сходство с формами, существующими в настоящее время; и это делало докемб-рийский период «немым». Стратиграфическая шкала времени — исключительно детальные и точные часы — основана на быстрых эволюционных изменениях высших форм жизни, свидетельства о которых сохранились в ископаемых остатках кораллов и тысяч других видов многоклеточных организмов:

Изучающие историю Земли не перестают удивляться исключительной скорости изменений в период существования многоклеточных. 3 или 4 млрд. лет, т. е. в течение почти всей истории, Земля была населена одноклеточной жизнью. После этого не более чем за несколько сотен миллионов лет появилось фантастическое разнообразие беспозвоночных организмов. Быстро возникли все основные типы животного мира, и скоро за ними последовали сосудистые растения и позвоночных. Было ли все это случайностью, результатом удачного расположения континентов и морей, игрой окружающей среды ? Или это было неизбежным следствием возникновения кислородной атмосферы Земли в результате фотосинтеза, производимого водорослями?' Наиболее вероятным сейчас кажется, что именно эволюция атмосферы в направлении к современному уровню содержания кислорода стимулировала биологическую приспособленность. Одним из проявлений такой приспособленности было появление раковины у животных, которая служила броней, защищающей мягкие ткани от хищников, и базой прикрепления мускулов. Раковины дают нам основу для понимания последующего направления эволюции планеты и ее обитателей. Результаты палео-биологических исследований, основанные на изучении только мягких частей организмов, дали бы слишком тусклые очертания прошлого.

Раковины—это больше, чем временные метки в истории: они вызвали важные изменения в динамике внешних слоев Земли, Океаны стали населять организмы, в состав которых входили карбонат кальция, фосфат кальция и окись кремния в огромных количествах. Их остатки отлагались в осадочных породах, превращаясь в конце концов в известняк, сланец и фосфатный известняк или фосфатную породу (главный источник сельскохозяйственных удобрений).

Более точные сведения, относящиеся уже к палеозойскому периоду, позволяют геологам проследить эффекты дрейфа континентов. В частности, можно более уверенно установить очертания древнего Атлантического океана, который лежал между Европейско-Африканской массой суши и Америкой, перед тем как во времена, близкие к палеозойской эре, образовался сверхконтинент Пангея. Образование Панеи было одним из редких, особых событий более поздней истории Земли, одним из важных возмущений более или менее гладко протекающей эволюции планеты.

Одним из главных последствий образования Пангеи было исчезновение сотен видов беспозвоночных и начало всеобъемлющих изменений в типах и относительной населенности различных видов животных и растений. Большая часть пространства, занятого мелкими отмелями, окружающими каждый континент, исчезла, когда континенты столкнулись, оставив только узкую полосу вокруг сверхконтинента. Отмели служили убежищами наиболее продуктивного биологического населения палеозойского мира. Географическое сжатие и совпадавшие с ним климатические изменения, включая оледенения тех частей, которые теперь являются Африкой, Австралией и Южной Америкой, были достаточны для исчезновения многих видов. Выжившие закладывали основы новых видов послепа-леозойского мира.

Пангея раскололась в триасовый период (самую раннюю часть мезозойской эры), и, если отметить это событие, а также последующее рождение современного Атлантического океана и дрейф континентов к их теперешнему положению, рассказ о физической эволюции Земли можно считать в основном законченным. Самые старые части океанского дна, которые сохранились в настоящее время, появились в эту эпоху, и так началась поддающаяся расшифровке история мировых океанов. Ее можно проследить по магнитным «полосам» и зонам разломов морского дна, образовавших хребты и трещины посреди океана.

Новые формы жизни, которые эволюционировали в первый период мезозойской эры, дали начало новому миру. Появились цветковые растения, и Земля заиграла красками цветов и листвы деревьев, травы и огромного количества кустарников и цветов. В морях появился новый вид фотосинте-зирующих водорослей—диатомеи; это одноклеточные организмы, покрытые тонкой оболочкой из окиси кремния. Диатомеи ответственны за большую часть первичной продукции фотосинтеза органического вещества в морях.

Примерно в то же самое время появились известковые фораминиферы. Это одноклеточные животные, которые обитают вне растений на поверхности моря. Их раковины, состоящие из карбоната кальция, постоянно опускались на дно океанов, являясь источником нового типа глубоководных отложений — фораминиферального ила. Остатки этих фораминифер дали сюжет своеобразного детективного рассказа: температуру древнего мира и, следовательно, климат оказалось возможным определить по изотопному составу и внешней форме раковин. И форма раковины, и относительное содержание в ней нормальных атомов кислорода (кислорода-16) и редкого тяжелого изотопа (кислорода-18) зависят от температуры воды, в которой жило животное. Измеренная таким образом температура океана позволила обнаружить важные климатические изменения в прошлом.

В течение большей части последних 50 млн. лет (т. е. большей части кайнозойской эры) температура поверхности Земли падала. Это остывание достигло кульминации в последние несколько миллионов лет и проявилось в повторяющихся оледенения. Самые современные из них стали свидетелями появления нового вида — человека и повлияли на его эволюцию. Достаточно продвинувшись в своей эволюции, человек в период первобытного состояния перемещался по мере того, как ледники покрыли большую часть Северной Европы, Азии и Северной Америки. В течение короткого 10000-летнего периода после того, как ледники отступили и заняли свое теперешнее положение полярных шапок (возможно, это было временное отступление), человек стал видом, который распространился и занял почти всю поверхность планеты и превратился в биологическую популяцию, способную глубоко повлиять на ход истории Земли как планеты. Только сейчас он стал отдавать себе отчет в том, что некоторые аспекты его деятельности могут изменить тонкую оболочку атмосферы, океанов и пресных вод, которые делают возможным его существование.

topref.ru

Реферат: Происхождение земли

Космонавты американского космического корабля «Апол лон» говорили, что, когда они были на Луне, Земля с голубой водой и белыми облаками была для них самым манящим объектом из всех, которые они могли наблюдать н а небе. Их пристрастие п онятно. Они знали из личного опыта, на что похожа эта планета, и могли п еревести вид облаков, океанов и континентов в свой повседневный опыт—скажем, в морской бриз, накатывающий волны на освещенный солнцем берег.

Вероятно, то, что больше всего нравится людям на Земле, даже если они не могут выразить этого словами,— это картина постоянного движения. На Земле покой заметен благодаря своей редкости. Движение всюду — от постоянного смещения песчинок в дюнах, движения бактерий и других форм жизни до мощных колебаний в самой Земле, когда она дрожит во время землетрясения и после него.

Эта планета активна. В самом деле, она активна уже 4,6 млрд.- лет и не видно никаких признаков успокоения. Земная атмосфера, океаны, тонкая кора и глубокие недра находятся в движении с тех пор, как образовались. Жизнь является составной частью поверхности по меньшей мере в течение 4/5 истории планеты.

В процессе постоянной активности Земля в своей эволюции прошла через разные стадии, сохраняя в течение всего времени состояние динамического равновесия. Равновесие включает в себя обмен веществом и энергией между н едрами, поверхностью, атмосферой и океанами. Исследования в области геологии с привлечением результатов геохимии, геофизики и палеонтологии показали, как происходила эволюция поверхностных слоев Земли. Эти знания, объединенные с устоявшейся теорией внутреннего строения Земли и гипотезами о движении внутренних слоев Земли, поставляют сведения для построения теории эволюции планеты.

Статья Камерона (см. «Образование и эволюция Солнечной системы») описывает процесс возникновения Земли и других планет путем конденсации определенных областей солнечного протопланетного облака. Первоначальное строение протопланетного облака и его структура в более поздний п ериод выводятся из строения земных горных пород, горных пород, доставленных на Землю с Луны, метеоритов и атмосфер Земли, Марса, Венеры и Юпитера.

Возможно вы искали - Реферат: Происхождение и развитие солнечной системы

Появлению теории развити я Земли больше всех способствовали исследователи, изучавшие постепенную конденсацию и аккрецию твердой планеты по мере того как она увлекала огромны^ .. ..'ичества малых частиц из протопланетного диска, из которого обра-зовалась-теперешняя Солнечная система. Так как планета росла, она начала нагреваться в результате совместного действия гравитационного сжатия, столкновений с метеоритами и нагревания, вызванного радиоактивным распадом урана, тория и калия, (Хотя калий обычно не считается радиоактивным элементом, 0,01 ° /о этого элемента на Земле является радиоактивным изотопом калия-40.) В результате внутренние слои расплавились. Процесс расплавления можно назвать « железной катастрофой»; он включал в себя обширную перестройку всего тела планеты. Расплавленные капли железа и сопутствующих ему элементов оседали к центру Земли и там образовали расплавленное ядро, которое остается в значительной степени оасплавленным и сегодня.

По мере того как тяжелые металлы оседали к центру, легкие «шлаки» всплывали наверх — к внешним слоям, которые в настоящее время составляют верхнюю мантию и кору. Возникновению более легких элементов, таких, как алюминий и кремний и два щелочных металла, натрий и калий, сопутствовало образование радиоактивных тяжелых элементов урана и тория. Объяснение возникновения этих тяжелых элементов лежит в механизме, посредством которого атомы урана и тория образуют кристаллические соединения. Размер и химическое сродство атомов препятствуют тому, чтобы они образовывали плотные, компактные структуры, которые являются устойчивыми при высоких давлениях, существующих в глубоких недрах Земли. Следовательно, атомы урана и тория были «выжаты» и вынуждены переселяться вверх, в область верхней мантии и коры, где они легко подошли к более открытым кристаллическим структурам силикатов и окислов, находящихся в горных породах земной коры.

По мере того как внутри Земли произошла дифференциация на ядро, мантию и кору, вещество в верхних областях также расслаивалось на разные фракции, i Нижние слои коры состоят из базальтов и габбро — темных горных пород, в состав которых входят кальций, магний и соединения, богатые железом, главным образом силикаты. Они образовались в результате частичного расплавления и разделения более плотных веществ верхней мантии. Базальт и габбро сами подверглись дифференциации в результате кристаллизации и частичного плавления и так же, как более легкие жидкие вещества, были выдавлены через кору. В верхних слоях коры и на поверхности они затвердевали и образовывали такие более легкие горные породы вулканического происхождения, как гранит, обогащенные кремнием, алюминием и калием.

Вопрос о том, в какой степени эти процессы были завершены на ранней стадии, по мнению автора, остается нерешенным. Некоторые геологи утверждают, что значительная, а возможно, и большая часть гранитной коры была образована уже на этой стадии. Другие считают, что процесс мог едва начаться даже через 1 млрд. лет после образования Земли.

Одним из результатов разогревания внутренних слоев явилось начало вулканической деятельности и горообразования. Они привели не только к изменению формы поверхности, но и к громадным изменениям в строении внутренних слоев. В течение этого времени различные газы, которые вошли в состав планеты, когда она образовалась в результате аккреции, начали искать путь к поверхности. Среди них были углекислый газ, метан, водяной пар и газы, содержащие серу. Газы должны были течь к поверхности особенно интенсивно в период перестройки и дифференциации. Они оставались на поверхности, так как сила тяжести на Земле была достаточной для того, чтобы помешать всем газам, кроме самых легких (водорода и гелия) , уйти в окружающее пространство. Температура в то время должна была быть достаточно низкой и допускала конденсацию воды. Растворяясь в воде, другие газы вступали в химические реакции с такими элементами, как кальций и магний, которые выщелачивались из горных пород, когда выпадение дождей начало приводить к выветриванию. Если бы температура была выше, наличие плотной атмосферы с большим содержанием углекислого газа привело бы к установлению так называемого «парникового эффекта», который, по-видимому, возник на Венере, что привело к образованию горячей облачной атмосферы этой Планеты (с^. «Венера» Э. и Л.Янгов).

Похожий материал - Реферат: Происхождение солнечной системы (гипотеза О. Ю. Шмидта)

^По мере того как остывала поверхность Земли и в результате конденсации воды образовались океаны, процессы эрозии под действием ветра и воды начали действовать в основном так же, как они действуют и сейчас. Жидкая вода стала преобладающей формой переноса и перераспределения продуктов выветривания гор. Речные системы на поверхности являются видимыми следами сети, которая несла продукты выветривания к океанам, где большая их часть скапливалась в виде наносов осадочных отложений вдоль континентальных шельфов и континентальных выработ^^) Остатки осадочных отложений в результате оседания и движений мутьевых потоков распределились тонким слоем глубоко на дне океанов.

Некоторые геохимики и геофизики рассматривали несколько по-иному цепочку событий, которые привели к аккреции Земли из конденсирующегося солнечного протопланетного облака. В соответствии с этими воззрениями Земля и другие планеты являются продуктами постепенной конденсации солнечного протопланетного облака, в течение которой определенные тяжелые элементы, главным образом железо, кристаллизовались . первыми, в то время как более легкие части протопланетного облака находились еще в газообразном состоянии. В процессе аккреции ядро планеты будет обогащено железом в центре, а более легкие фракции будут располагаться последовательно в порядке, соответствующем порядку их кристаллизации из газа, собирающегося во внешних чаях по мере роста планеты.

Каков бы ни был механизм аккреции, история эволюции Земли на более поздней стадии (после первого миллиарда лет) в основном может быть восстановлена по записям,

которые содержат в себе горные породы коры. То, о чем они свидетельствуют, лучше всего может быть рассказано языком геологических «часов», которые начали идти в докембрийские времена. Наиболее старые из известных в настоящее время горных пород—это метамор-физованные осадочные и вулканические. горные породы, которым по содержанию радиоактивных элементов может быть приписан возраст около 3,7 млрд. лет. Они еще старше, чем очень старые горные породы, относящиеся к периоду времени, известному в геологии под названи ем архейского. Считается, что горные породы, относящиеся к этому периоду, имеют возраст более 2,2— 2,8 млрд. лет (возраст границы с более молодыми геологическими эпохами меняется в разных частях районов Земли с древними горными породами). Большинство «запис ей», содержащихся в горных породах, отрывочны, но они реальны, и никому больше не приходится полагаться на одни лишь соображения правдоподобия теории^

Оказывается, что горные породы архейской эры несколько отличаются от пород последующих периодов в том смысле, что в это время были распространены определенные их типы, а многие другие типы относятся к более поздним периодам. Среди архейских пород преобладают базальты и андезиты — вулканические породы, богатые железом и магнием при недостатке натрия и калия и относительно низком содержании кремниевых соединений. Песчаники и сланцы архейской эры образовались в результате выветри вания и переработки этих вулканических пород. Здесь отсутствуют большие тела из гранита — породы, более богатой щелочами и кремниевыми соединениями. Такие отклонения в строении по отношению к более поздним породам наводят на мысль, что выделение гранитных пород в результате кристаллизации и частичного плавления пород с меньшим содержанием кремния продвинулось не настолько далеко, как это произошло позднее.

Очень интересно - Реферат: Пульсар

Архейские породы служат также подтверждением того, что характер тектонических явлений, т. е. горообразовательная активность, которая определила форму поверхности, отличался от современного. В настоящее время принято, что тектонические явления связаны с существованием больших плит литосферы (которая включает в себя кору и часть верхней мантии), движущихся над астеносферой (горя чим, пластичным и, вероятно, частично расплавленным слоем мантии). Движущей силой являются движения в мантии, хотя точная природа этого движения • не определена. Геологическая активность землетрясений, вулканов и горообразования концентрируется вдоль границ плит.

Считается, что архейские породы очень рассеяны и дают мало информации, однако изучение наиболее старых архейских площадок в Канаде и площадок такого же возраста в Африке и Скандинавии не подтверждает того, что горообразование происходило там вдоль границ больших плит. Это подтверждает модель интенсивной деформации вдоль границ неправильных площадок гораздо меньшей протяженности, чем плиты. Многие геологи подозревают, что архейский период был временем, когда литосферная кора была очень тонкой, временем активной вулканической деятельности и столкновений между множеством маленьких тонких «плиточек» с возникновением « швов», или поясов сморщивания, спаивающих их вместе.

Хотя архейская эра заметно отличалась от современной тектоническим стилем и средним строением вулканических пород, она была похожа на современную всеми существенными процессами эрозии и осаждения на поверхности. Все отличительные признаки выветривания, механической переработки пород, переноса реками и осаждения в областях, где кора постепенно понижается и допускает скопления больших толщин осадочных пород, обнаруживаются в осадочных породах архейского периода. Это было показано более 30 лет назад Петтенд-жиллом из Университета Джонса Гоп-кинса, который изучал ранние докемб-рийские осадочные породы в районе озера Верхнее. Глядя на эти песчаники, сланцы и конгломераты, трудно найти какое-нибудь заметное различие между ними и относящимися к более позднему периоду, так как все это — затвердевшие эквиваленты современного гравия, песка и глины.

В настоящее время в эрозии и химическом разрушении пород принимают участие земные растения. Однако известно, что высшие растения на суше возникли не ранее чем через 2 млрд. лет после архейского периода, т. е. в середине палеозойской эры. Вероятно, до того, как возникли растения, на суше существовали более низшие формы, так же как они, несомненно, существовали и в море.

Доказательство существования морских водорослей в позднюю до-кембрийскую эпоху было получено несколько лет назад, когда палеоботаник Баргхорн из Гарвардского университета, работающий вместе с Тайм ером, специалистом по осадочным породам из Университета штата Висконсин, обнаружил микроскопические остатки морских водорослей в кремнистом сланце из Ганфлинта — плотной осадочной породе, состоящей из кремнезема. По содержанию радиоактивных элементов и периоду их полураспада было установлено, что возраст этого сланца порядка 2 млрд. лет. После этого другие органические структуры, которые похожи на остатки организмов, были обнаружены в еще более старых породах. Самая старая из них — кремнистый сланец из Свазиленда (Африка) — имеет возраст около 3,4 млрд. лет.

Вам будет интересно - Реферат: Пьер Симон Лаплас. Возникновение небесной механики

Эта работа по поиску свидетельств древней жизни является кропотливым трудоемким процессом. Тысячи образцов пород должны быть распилены на сверхтонкие пластины, а затем отполированы для того, чтобы их можно было изучать под оптическим и электронным микроскопами. Хотя органический углерод был обнаружен в старых породах задолго до открытия в упомянутых выше кремнистых сланцах, можно всегда предположить множество простых химических механизмов для объяснения этого. Полученное недавно доказательство существования характерных форм клеточной жизни в древние времена трудно опровергнуть.

Теперь о том, как возникла жизнь на Земле. Это рассказ о правдоподобных химических механизмах, которые следуют из определенных предположений о раннем химическом составе поверхности. Можно начать с возникновения ранней архейской атмосферы (образовавшейся в результате выхода газа из внутренних слоев), в которой преобладали вода, метан и аммиак. Свободный кислород отсутствовал, так как он является продуктом жизни, а не предшественником ее; Атмосфера могла также включать в себя заметные количества углекислого газа.

Существование и характер этой атмосферы связаны с тем фактом, что Земля меньше Юпитера и больше Луны. Юпитер способен удержать свой водород, который был самым обильным элементом в солнечном протопланет-ном облаке. Лу на не могла удержать никакого газа

В воздушной оболочке Земли и под ней в поверхностных слоях моря и больших озерах было интенсивным ультрафиолетовое излучение Солнца. Поверхность не была защищена от ультрафиолета слоем озона, как сейчас, за неимением кислорода (02 ), из которого образовался бы озон (С) з). Высокая энергия ультрафиолетового излучения способствовала синтезу множества органических соединений, например аминокислот. Возможно, многие из этих соеди нений уже существовали там, поскольку теперь известно, что многие простые органические соединения присутствуют в межзвездном пространстве.

Однако синтез недолговечных органических соединений — это не то же, что возникновение жизни. Следующими шагами должен быть рост больших молекул и затем нуклеиновых кислот, который в конечном итоге приведет к возникновению генетического механизма воспроизведения, так что клетки могут делиться и порождать новые клетки, подобные им самим.

Похожий материал - Реферат: Расширение Вселенной

Нельзя точно сказать, каков должен быть диапазон химических условий, необходимый для поддержания жизни. (Неопределенность может быть уменьшена в результате полета американских космических аппаратов, которые должны были опустить на поверхность Марса в 1976 г. сейчас известно только, что Земл я поддерживает жизнь, и это обстоятельство обязано продолжительному существованию жидкой воды. В настоящее время Земля является единственной планетой, про которую известно, что она удовлетворяет этому условию. Постоянно обнаруживаемые следы жизни на Земле, относящ иеся по крайней мере к последним 3,5 млрд. лет, показывают, что жидкая вода имел ась в течение всего этого времени .

Когда возникла жизнь, она начала оказывать важное влияние на поверхность Земли и газовую оболочку, окружающую ее. В формации Биттер Спрингс, расположенной в центральной Австралии, которой немного меньше 1 млрд. лет, палеоботаники обнаружили клеточные морские водоросли, подобные по многим геометрическим характеристикам сине-зеленым водорослям. Современные сине-зеленые водоросли, как и все другие фото-синтезирующие растения, выделяют кислород. К концу протерозойской эры, которая лежит между архейским периодом и началом палеозойской эры, в атмосфере должно было накопиться достаточное количество кислорода для поддержания эволюции высших организмов. Они были многоклеточными, т. е. живыми организмами, имеющими много клеток с различающимися характеристиками. Оказывается, всем этим организмам необходимы по крайней мере небольшие количества свободного кислорода для их биохимических процессов.

Кислород не является единственным атмосферным газом, возникшим при наличии жизни. В незначительных количествах присутствует, например, метан. По-видимому, его источником первоначально являлись метанообра-зующие бактерии, выделяющие обильно «болотный газ». Атмосфера также включает в себя другие газы, которые являются скорее продуктами деятельности биосферы, чем более простых небиологических химических реакций.

Протерозойская эра была временем, когда мир был населен бактериями, морскими водорослями и другими примитивными одноклеточными организмами, которые, вероятно, существовали и на суше, и на море. Их влияние на процессы, происходящие на поверхности, видно на протерозойских породах. Наиболее характерно это для стро-матолитов —формаций горных пород, состоящих из известковых выделений нитевидных водорослей и осадочных пород, задержанных ими. Строматолиты в настоящее время обнаружены в таких местах, как Багамские и Бермудские острова, где известняки лежат внизу на абиссальных равнинах. Другое свидетельство протерозойской жизни обнаружено в нескольких угольных пластах, образованных массами про питанных углеродом остатков водорослей.

cwetochki.ru

Смотрите также

• 
  Понятие сделок виды сделок реферат
• 
  Реферат источники загрязнения окружающей среды
• 
  Реферат для чего нужна физкультура
• 
  Реферат англия на английском языке
• 
  Ко дню пожилого человека реферат
• 
  Реферат на тему природные условия
• 
  Реферат на тему древние люди
• 
  Подходы к управлению к реферат
• 
  Реферат по информатике 7 класс
• 
  Здоровье и окружающая среда реферат
• 
  Реферат 8 класс по истории