Эволюция Вселенной

Ещё в начале XX в. было установлено, что намагниченность современных  лав соответствует нынешнему  магнитному полю Земли, а у древних  лав она часто ориентирована под большими углами или вообще противоположна направлению современного поля. По сути дела эта картина отражает состояние магнитного поля в предшествующие геологические эпохи. В базальтовых лавах много железа, и они, затвердевая по мере охлаждения, намагничивались в соответствии с существовавшим в тот период геомагнитным полем.

Имелись также данные о перемене полярности: северный магнитный полюс  Земли становился южным, и наоборот. Зарегистрировано 16 инверсий магнитных  полюсов за последние несколько миллионов лет. (Причины такой переполюсировки до сих пор окончательно не выяснены, предположительно её вызвали процессы, происходившие в жидком ядре.). И, как оказалось, график этих инверсий свидетельствовал в пользу крупномасштабных перемещений материков.

Магнитная съёмка тихоокеанского дна  в 1955 и 1957 гг. обнаружила простирающиеся почти параллельно с севера на юг «полосы» с магнитными полями аномальной напряжённости. А в 1963 г. были открыты  полосовые магнитные аномалии, вытянутые  параллельно хребту Карлсберг в Индийском океане. К этому времени уже стала довольно известной гипотеза, выдвинутая в 1960г. профессором Принстонского университета (США) Гарри Хессом и названная позже гипотезой спрединга, или «расширения морского дна». По ней, горячая полурасплавленная мантийная масса поднимается под срединно – океаническими хребтами, распространяется в стороны от них в виде мощных потоков, которые разрывают и расталкивают плиты литосферы в разные стороны. Мантийное вещество заполняет образовавшиеся с обеих сторон от хребтов трещины – рифты.

На площадь поверхности Земли (как и её объём) практически не изменилась за время её существования. Поэтому если новые участки поверхности  наращиваются вдоль хребтов, то где  – нибудь они должны и уничтожаться. Вероятнее всего, это происходит в глубоководных океанских желобах. Эти так называемые зоны субдукции (поглощения) расположены вдоль вулканических дуг, протянувшихся в Тихом океане от Аляски вдоль Алеутских островов к Японии, Марианским островам и Филиппинам вплоть до Новой Зеландии и вдоль берегов Америки. Когда в этих зонах земная кора опускается до глубины 100 – 150 км, часть вещества плавится, образуя магму, которая затем в виде лавы прорывается наверх и извергается в вулканах.

Таким образом, земная кора создаётся в рифтовых зонах океанов, как ленточный конвейер, движется со средней скоростью 5 см в год, постепенно остывая.

Гипотеза спрединга  может хорошо объяснить магнитные  аномалии морского дна. Если расплавленная  порода, изливающаяся в срединно – океанических хребтах, затвердевает с обоих сторон от них, а затем расползается в противоположных направлениях, то она будет создавать полосы, намагниченные согласно с ориентацией магнитного поля в период их застывания. Когда поверхность меняется, вновь образовавшееся морское дно намагничивается в противоположном направлении. Чередование полос даёт подробную картину формирования морского дна по обеим сторонам от активного хребта, причём одна сторона является зеркальным отражением другой.

Первые же магнитные  карты тихоокеанского дна у берегов  Северной Америки, в районе хребта Хуан-де-Фука, показали наличие зеркальной симметрии. Ещё более симметричная картина  обнаружена с обеих сторон центрального хребта в Атлантическом океане.

Используя концепцию дрейфа материков, известную сегодня как «новая глобальная тектоника», можно восстановить взаимное расположение континентов в далёком прошлом. Оказывается, 200 млн. лет назад она составляли единый материк.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эволюция  Земли

 

Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией  её происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась около 4.6 млрд лет назад. В процессе формирования Земли из частиц протопланетного  облака постепенно увеличивалась её масса. Росли силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля всё сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причём выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно. 

Чем крупнее были падавшие тела, тем сильнее они нагревали  Землю. Энергия удара освобождалась  не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум поперечникам внедрившегося  тела. А так как основная масса  на этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучится в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100 – 1000 км могла приблизиться к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызывал распад короткоживущих радиоактивных изотопов.

По – видимому, первые возникшие расплавы представляли собой  смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться ещё на стадии её формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определённая часть более тяжёлого вещества всё же успевала опуститься под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле.

Предположительно ядро сформировалось за несколько со миллионов  лет. При постепенном остывании  планеты богатый никелем железоникелевый  сплав, имеющий высокую температуру  плавления, начал кристаллизоваться – так зародилось твёрдое внутреннее ядро. К настоящему времени оно составляет 1.7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30% земной массы.

Развитие других оболочек продолжалось гораздо дольше и в  некотором отношении не закончилось  до сих пор.

Литосфера сразу после  своего образования имела небольшую  толщину и была очень не устойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху великой  бомбардировки (от 4.2 до 3.9 млрд лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки – многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы практически стёрли следы этого периода.

Около 3.8 млрд лет назад  сложилась первая лёгкая и, следовательно, «непотопляемая» гранитная кора. В то время планета уже имела  воздушную оболочку и океаны; необходимые  для их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и водяных паров, кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате, во – первых, фотохимической диссоциации воды и, во – вторых фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких, как сине – зелёные водоросли.

600 млн лет назад  на Земле было несколько подвижных  континентальных плит, весьма похожих  на современные. Новый сверхматерик  Пангея появился значительно  позже. Он существовал 300 – 200 млн лет назад, а затем распался на части, которые и сформировали нынешние материки.

Что ждёт Землю в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой степенью неопределённости, абстрагируя как от возможного внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причём не всегда в лучшую сторону.

В конце концов недра  Земли остынут до такой степени, что конвекция в мантии и, следовательно, движение материков (а значит, и горообразование, извержение вулканов, землетрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрёт неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая её судьба будет определятся среднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замёрзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а скорее к этому и приведёт возрастающая светимость Солнца), то вода испарится, обнажив равную поверхность планеты. Очевидно, ни в том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже не возможна, по крайней мере в нашем современном представлении о ней.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Атмосфера Земли

 

Атмосфера (от. греч. ατμός — «пар» и σφαῖρα — «сфера») — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около негогравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Без атмосферы  живые организмы не могли бы выжить в условиях постоянного воздействия  солнечного и космического излучения, экстремальных температур и атак метеоритов. Окутывая Землю слоем толщиной в несколько сотен километров, атмосфера защищает живые существа от этих смертоносных воздействий. Атмосфера удерживается силой притяжения Земли. Вблизи поверхности атмосфера имеет достаточно высокую плотность, но с высотой она становится все розряженной . В нижних слоях атмосферы ветры распределяют тепло, поступающее от Солнца. В верхних слоях атмосферы ее атомы и молекулы сталкиваются с метеорными частицами и жесткой радиацией.

Слои атмосферы

Атмосфера Земли  делится на несколько слоев. Нижний слой – тропосфера – самый тонкий. Его толщина всего 10-15 км. Но тропосфера содержит больше газа – на ее долю приходится 80% всей массы атмосферы. Здесь образуются ветры, облака и происходят другие процессы, определяющие погоду. Следующий, более холодный слой, стратосфера, простирается на высоту до 50 км от поверхности Земли. В стратосфере содержится слой озона – защитный экран, задерживающий вредную коротковолновую ультрафиолетовую радиацию Солнца. За загрязнения атмосферы продуктами хозяйственной деятельности человека озоновый слой местами стал совсем тонким. Эти области называются озоновым дырами. Стратосфера меняется еще холоднее мезосферой. ее толщина примерно ЗО км. В мезосфере на высоте около 60 км начинается так называемая ионосфера, простирающаяся на несколько сот километров вверх. Атомы этого слоя ионизированные, так как при столкновении с заряженными солнечными частицами теряют часть своих электронов. Благодаря наличию свободных электронов ионосферы отражает радиоволны, обеспечивая возможность радиосвязи на нашей планете. Выше 80 км от поверхности Земли начинается термосфера. В рамках термосферы на высоте около 300 км вокруг Земли движутся искусственные спутники. Атомы и молекулы в верхней, уже очень разреженной части тропосферы, разгоняются до огромных скоростей и, сталкиваясь с заряженными солнечными частицами, разогреваются до 2000 ° С. На высоте около 500-700 км начинается последний внешний слой атмосферы – экзосфера, содержащей уже так мало газов, что практически не отличается от вакуума.

Неустойчивого равновесия

Атмосфера находится  в шатком динамическом равновесии. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Животные, наоборот, при дыхании  потребляют кислород, выделяя в атмосферу  углекислый и другие газы, в частности метан. В результате хозяйственной деятельности человека большое количество углерода, содержащегося в природном топливе (угле, газе, нефти), перерабатывается и возвращается в атмосферу. Это может привести к глобальному потеплению климата. Более того, за хозяйственной деятельности человека уменьшается озоновый слой, и пагубное ультрафиолетовое излучение Солнца проникает на Землю. Если разрушения атмосферы продолжаться, то планета вскоре станет непригодной для жизни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Гидросфера Земли

 

Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере. Гидросфера Земли на 94% представлена солеными водами океанов и морей, более 75% всей пресной воды законсервировано в полярных шапках Арктики и Антарктиды 

 

Гидросфе́ра совокупность вод земного шара, водная оболочка Земли. Включает в себя всю воду вне зависимости от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную. Вода - самое распространенное неорганическое соединение, "самый важный минерал" на Земле. Вода - это основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе. Растения на 90%, а животные на 75% состоят из воды. Потери 10 - 20% воды живым организмом приводит к его гибели. Водные растворы - необходимое условие миграции большинства химических элементов, только при наличии воды происходят сложные реакции внутри организмов. Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории планеты. Историю человечества можно проследить не только по развитию водной энергетики - от водяного колеса до современной турбины, но и по развитию водного транспорта - от наполненных воздухом звериных шкур и выдолбленных стволов деревьев до современных трансокеанских судов. Почти все географические открытия были совершены мореплавателями, а освоение и заселение континентов совершалось в основном по водным путям. И почти все крупнейшие города мира возникли на месте конечных пунктов речного или морского пути. Вода — обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленного, так и сельскохозяйственного производства. Вода особой чистоты необходима в производстве продуктов питания и медицине, новейших отраслях промышленности. Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой. Рост потребления воды и возросшие требования к воде определяют важность задач водоочистки, водоподготовки, борьбы с загрязнением и истощением водоемов.