Внутреннее строение и история геологического развития Земли

План 

Введение 

1. Внутреннее строение Земли
2. Эволюция Земли
3. Общее направление геологического развития Земли

Список  литературы

Введение 

     Вот уже четыре с половиной миллиарда  лет Земля вращается вокруг Солнца. Разумеется, наша планета не всегда была такой, как сейчас. Лицо Земли, как лицо живого существа, с возрастом  стареет. Меняется состав океанов и  атмосферы, вырастают и разрушаются  горы, зарождаются и высыхают моря, реки прокладывают себе новый путь и прорезают в древних горах  глубокие каньоны. И под воздействием этих глобальных перемен жизнь на Земле тоже меняется. Какие бы события  ни происходили на Земле, растения, животные и микроорганизмы ухитрялись приспосабливаться к новым условиям. Откуда же мы знаем об этом? История  — наука о человечестве. А о  возникновении Земли и развитии жизни на ней рассказывают геология и палеонтология (наука об ископаемых).

     Люди  занимаются палеонтологией, чтобы ответить на один из основополагающих вопросов: как возникло то, что мы видим  вокруг себя? Какой путь прошла наша планета и как развивалась  жизнь на ней? Как все пришло к  современному состоянию? Повсюду вокруг мы видим следы истории Земли. Вот горный хребет, который был  когда-то дном океана, — поднявшийся  в результате тектонических процессов, изъеденный водой и ветром, покореженный ледниками и разрушенный землетрясениями. Следы эволюции можно найти и  в человеческом организме. Многие внутренние органы (в первую очередь почки  и гормональная система) создают  внутри нашего тела жидкую солоноватую  среду, напоминая о том, что когда-то наши предки обитали в морях. В  предплечьях и голенях имеется  по две кости — давным-давно, в  те времена, когда наши предки учились  передвигаться по суше, такое строение помогало вращать конечностями. У  зародыша человека на внутриутробных стадиях развития появляются, а затем  исчезают жабры.  
Эти доказательства происхождения человека поражают и палеонтологов, и нас с вами.

     Стоит заметить, что научное изучение Земли  в современном смысле этого слова  началось всего около двухсот  лет назад. В те годы существовало множество «теорий», которые пытались объяснить, почему камни бывают такими разными по форме и составу. Лишь со временем ученые признали, что ископаемые окаменелости — остатки органической жизни, а не творения человеческих рук  или шутка природы. А после  того, как английский ученый Уильям Смит создал науку стратиграфию, стало  ясно, что окаменелые морские раковины, которые иногда находят в горах, не были занесены туда волнами Всемирного потопа, как считалось прежде. Эти  находки объясняются системой геологических  формаций — пластов, из которых состоят  горные породы во всем мире.

     Затем перед учеными встала другая проблема: как определить возраст горных пород? Очевидно, что породы, находящиеся  на глубине, древнее верхних, но практически  во всех регионах мира представлены лишь отдельные фрагменты полной последовательности. И только после открытия радиоактивности  был создан метод, основанный на измерении  периода распада изотопов. Этот метод  позволил определить возраст горных пород с точностью до миллионов  лет, хотя Дарвин и многие геологи  делали довольно точные расчеты еще  десятилетиями раньше.

     И наконец, ученым предстояло решить еще  одну задачу: каким образом современные материки заняли свои нынешние места? На этот вопрос ответила теория дрейфа континентов. Вначале она была высказана как смелое предположение, затем оформилась в гипотезу, а в наши дни на ее основе была разработана теория тектоники литосферных плит — основополагающая концепция современной геологии. Благодаря ей мы знаем о движении континентов, о том, как перемещаются и сталкиваются друг с другом материковые плиты, возникают и снова исчезают океаны, а также понимаем, что землетрясения, извержения вулканов, «горячие зоны» земной коры и горообразование представляют собой проявления одного и того же процесса - тектоники. Эта теория помогла проверить многие существовавшие ранее идеи о возникновении и последующем изменении атмосферы, океанов, самой Земли и жизни на ней 

Внутреннее  строение Земли 

Земля (лат. Terra) — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

     Благодаря своим уникальным, быть может, единственным во Вселенной природным условиям, стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь.

     Прямое  исследование земных глубин пока что  невозможно: самые глубокие скважины едва достигают десятикилометровой отметки. Однако сейсмология дала ключ к внутреннему строению Земли. Дело в том, что скорость сейсмических волн зависит от плотности и упругости  горных пород, через которые они  проходят. Они отражаются и преломляются на границах между различными пластами. По сейсмограммам было установлено  строение земной литосферы. 

     Рис.1 Строение Земли  

     [1] Толщина Земной коры (внешней  оболочки) изменяется от нескольких  километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая,  на ее долю приходится всего  около 0,5% общей массы планеты.  Основной состав коры - это окислы  кремния, алюминия, железа и щелочных  металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

     [1-2] От низ лежащей мантии земную кору отделяет во многом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

     [2] На долю Мантии приходится  около 67% общей массы планеты.  Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных  глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют  литосферой - самой жесткой оболочкой  Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение  скорости распространения сейсмических  волн, что говорит о своеобразном  состоянии вещества. Этот слой, менее  вязкий и более пластичный  по отношению к выше и ниже  лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии  находится в непрерывном движении, и высказывается предположение,  что в относительно глубоких  слоях мантии с ростом температуры  и давления происходит переход  вещества в более плотные модификации.  Такой переход подтверждается  и экспериментальными исследованиями.

     [3] В нижней мантии на глубине  2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.

     [4-5] Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было  чрезвычайно трудно из-за малого  числа сейсмических волн, достигавших  его и возвращавшихся к поверхности.  Кроме того, экстремальные температуры  и давления ядра долгое время  трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (ВНЕШНЕЕ ЯДРО) и твердую (BHУTPEHHE), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

     [6] ВНУТРЕННЕЕ ТВЕРДОЕ ЯДРО не  связано с мантией. Полагают, что  его твердое состояние, несмотря  на высокую температуру, обеспечивается  гигантским давлением в центре  Земли. Высказываются предположения  о том, что в ядре помимо  железоникелевых сплавов должны  присутствовать и более легкие  элементы, такие как кремний и  сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли  до сих пор остается дискуссионным.  По мере удаления от поверхности  увеличивается сжатие, которому  подвергается вещество. Расчеты  показывают, что в земном ядре  давление может достигать 3 млн.  атм. При этом многие вещества  как бы металлизируются - переходят  в металлическое состояние. Существовала  даже гипотеза, что ядро Земли  состоит из металлического водорода. 

Эволюция  Земли 

       Вопрос ранней эволюции Земли  тесно связан с теорией ее  происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась  около 4,5 млрд. лет назад. В процессе  формирования Земли из частиц  протопланетного облака постепенно увеличивалась ее масса. Росли силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля все сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно.

       Чем крупнее были падавшие объекты, 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 излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км могла приблизится к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызвал 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 еще на стадии ее формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определенная часть более тяжелого вещества все же успевала опустится 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 образовалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, начал кристализовываться - так (возможно) зародилось твердое 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 неустойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху так называемой 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 стерли следы этого периода.

       Около 3,8 млрд. лет назад сложилась первая легкая 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-зеленые 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 ждет Землю в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой  степенью неопределенности, абстрагируясь  как от возможного внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причем 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, землятрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрет неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая ее судьба будет определяться среднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замерзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а скорее всего именно к этому и приведет возрастющая светимость Солнца), то вода испарится, обнажив ровную поверхность планеты. Очевидно, ни в том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже невозможна, по крайней мере в нашем современном представлении о ней.