Планета Земля
© Владимир Каланов,
сайт «Знания-сила».
Оценка возраста земли в прошлом
А вот с проблемой возраста Земли дело обстоит совсем по-другому. Здесь геологическая наука имеет конкретные результаты исследований. Каковы же эти результаты?
Но сначала немного предыстории, тем более, что это очень интересно. Например, в старинных персидских сказаниях утверждалось, что Земля существует около 10-12 тысячелетий. Жрецы древнего Вавилона по движению звёзд определили, что наша планета существует около двух миллионов лет.
В Библии подробно рассказывается о том, как Мир был сотворён за шесть дней и как в конце сотворения Бог повелел: «Да будет свет!» («Fiat lux!» по латыни) . Правда, авторы Библии весьма туманно высказываются о возрасте Земли и о времени возникновения на ней жизни. Поэтому появились теологические расчёты, по которым получалось, что наш мир существует около 5-6 тысяч лет. А вот ирландский архиепископ Дж. Уссер точнее других теологов в 1654 году рассчитал, что мир был создан за 2004 года до рождения Иисуса Христа 26 октября в 9 часов утра. Вот так. Не больше и не меньше. Понятно, что все эти расчёты не имеют никаких научных обоснований и очень далеки от истины.
Конечно, и естествоиспытатели в прошлых веках пытались оценить возраст Земли на основе тех знаний о геологических процессах, которые к тому времени накопила наука. Например, Э. Галле́й (тот самый, чьим именем названа известная комета) на основании расчётов скорости накопления солей в морях и океанах установил, что Земля существует около 10 тысяч лет. Для сравнения укажем, что в начале XX века учёные, используя тот же метод, установили, что возраст океанических впадин превышает 100 миллионов лет (!).
В конце XIX века известный английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) попытался определить возраст Земли путем расчёта времени, потребного для остывания нашей планеты от состояния раскалённого шара, каким она была когда-то, до теперешнего состояния. Приняв за условие, что скорость остывания была постоянной, он сделал вывод, что возраст Земли составляет от 20 до 40 миллионов лет. Точность кельвиновского расчета, прямо скажем, невелика.
Современный взгляд на возраст Земли
Геологическая наука в течение нескольких веков накапливала данные о напластова́ниях земной коры. Определённое чередование геологических пластов составило своеобразную геохронологи́ческую шкалу. Слои и группы слоёв получили наименования по горным породам, преимущественно составляющим эти слои, или по местности, в которой эти слои впервые обнаружены и изучены. Так появились названия юрской, девонской, пермской, кембрийской и других систем. Геохронологическая шкала отражает порядок чередования слоёв, даёт представление о том, какой слой моложе, а какой древнее. Но эта относительная шкала не даёт ответов на вопросы о том, какова́ была продолжительность того или иного периода или эпохи, как далеко они отстоят от нашего времени.
Ответы на такие вопросы появились в начале XX века, когда физика добилась больших успехов в изучении атома и ядерных превращений. На основании расчётов радиоактивного распада урана, содержащегося в минералах и горных породах, и превращения его в свинец, был установлен возраст Земли. Наряду́ с урановым методом теперь используются для определения возраста горных пород также калий-аргоновый, руби́диево-стронциевый, свинцовый и другие методы.
Многолетние исследования русских и зарубежных учёных дали возможность установить начало и продолжительность каждого геологического периода. Первые результаты, полученные физиками и геохи́миками, буквально ошеломили мир. Оказалось, что на Земле есть породы, которые возникли миллиарды лет назад (!). Например, в Сибири были обнаружены породы, которые образовались 3,8—4,0 миллиарда, а в Австралии даже 4,2 миллиарда лет назад. Из этих данных возраст нашей Земли определяется величиной немногим более 4,6 миллиарда лет. Но и это ещё не окончательная величина. Ведь 4,6 миллиарда лет — это приблизительный возраст наиболее древних пород, которые слагают современную земную кору. Но кто может сказать, сколько времени протекло до того момента, когда из раскалённой массы, о происхождении и химическом составе которой мы можем только догадываться, в результате остывания начали образовываться первые твёрдые субстанции, составившие в дальнейшем земную кору? Этот процесс мог продолжаться много миллиардов лет, и длительность его мы должны включить в возраст Земли. Поэтому пока не приходится говорить о том, что геологическая наука располагает бесспорными доказательствами того, когда появилась наша планета.
Учение о геосфе́рах
Земной шар, по общепринятым теперь представлениям, состоит из концентрических слоев – геосфер. В центре находится ядро, состоящее из твёрдой внутренней части — собственно ядра радиусом 1250 км и окружающей её внешней части — жидкой фазы. Температура земного ядра — более 5000 °C, а в центральной части ядра доходит до величины 8000-9000 °C. Это происходит отчасти из-за радиоактивного распада некоторых элементов (при котором выделяется тепло), отчасти — из-за термоизоли́рующих свойств мантии. Из-за постепенного истощения радиоактивных элементов во внутренней части Земли ядро продолжает медленно остывать.
За жидкой частью ядра следует мантия — самый толстый (около 3000 км) слой кристаллической породы с температурой 2000—2500°C, составляющий 83% всего объема Земли, далее идет промежуточный слой – астеносфера, а над ней – земная кора, состоящая из среднего (30-40 км, из гранита и кремнезёма) и нижнего (до 30 км из базальта) слоев. Всю твердую оболочку Земли называют литосферой (т.е. каменной сферой). С поверхности планета окружена гидросферой, т.е. морями и океанами, и атмосферой, т.е. воздушной оболочкой. Атмосфера в направлении снизу вверх подразделяется на тропосферу, стратосферу и ионосферу, граничащую с космосом.
Геосферы не являются геометрически пра́вильными сферами, они имеют искажения, отклонения от сферической формы. Границы между ними в значительной мере условны. Например, неясно, к какой сфере отнести природные газы, в огромном количестве имеющиеся в земной коре или растворенные в водах океанов, морей и озер? Если же рассматривать гидросферу, то, строго говоря, никакой сферы мы не обнаружим хотя бы потому, что Мировой океан не покрывает сплошным слоем всю поверхность Земли, а вода в виде пара всегда присутствует в атмосфере, создавая облачные скопления, которые переносят воду в виде дождей из одного района Земли в другой. Кроме того, на планете много подземных вод.
С течением времени, а геологическое время — это миллионоле́тия, — границы атмо-, гидро- и литосферы становятся вообще неопределёнными. С учётом этого в геологической науке условились для простоты называть атмосферой газовую оболочку Земли в её современных пределах, гидросферой – всю совокупность поверхностных вод: океаны и моря́, реки и озера, льды и снега́, а литосферой — земную кору. Ведь в науке почти никогда не обходятся без схем и упрощений, ибо всё сложное познается через простое.
Первые представления о геосферах дали в своих трудах Эдуард Зюсс и Джон Мюррей. Последовательно развивал учение о земных сферах В.И. Вернадский. Им была исследована химическая структура геосфер.
Геосферы находятся в постоянном активном взаимодействии. Атмосфера и гидросфера непрерывно перерабатывают поверхность земной коры. Подземные газы и воды активно влияют на ход геологических процессов. Главным источником энергии для всех поверхностных процессов на нашей планете является лучистая энергия Солнца. Неравномерный разогрев земной поверхности солнечной энергией приводит в движение атмосферу и гидросферу. Эти подвижные геосферы совместно с тектоническими процессами в литосфере с течением времени меняют облик Земли, перемещая огромные массы горных пород, меняя береговую линию океанов и морей. Например, австралийские палеонтологи считают, что континент Австралия 110—130 миллионов лет назад располагался примерно между шестидесятым и восьмидесятым градусами южной широты, т.е. значительно ближе к Южному полюсу Земли, чем теперь. И для такого утверждения имеются научные обоснования, в частности, результаты анализов состава геологических пластов.
Наибольшие вершины и глуби́ны Земли
Внутренние тектонические процессы, опуская одни участки суши, поднимая другие, образуют высокие горы, глубокие разломы в земной коре и глубоководные впадины в Мировом океане. Приведём несколько примеров.
Высочайшими вершинами мира являются в Европе: Эльбру́с (5642 м над уровнем моря), Казбек (5033 м) и Монблан (4807 м); в Азии: Джомолу́нгма (Эверест) — 8848 м и Чогори (8611 м); в Африке: вулкан Килиманджаро (5895 м) и гора Кения (5199 м); в Северной Америке: гора Мак Кинли на Аляске (6193 м) и вулкан Ори́сиба в Мексике (5700 м); в Южной Америке: гора Аконгауга в Аргентине (6960 м) и вулкан Льюльяйльяко в Чили (6723 м).
Наибольшие глуби́ны: Марианская впадина в Тихом океане (11022 м), желоб Кайман в Атлантическом океане (7090 м), желоб Зондский в Индийском океане (7209 м) и желоб «Литке» в Северном ледовитом океане (5450 м).
Получается, что наибольшее расстояние по вертикали между крайними точками поверхности земной коры (Марианская впадина + Эверест) составляет почти 20 километров! Таков на сегодня один из «итогов работы» геосфер, выполненной за многие миллионы лет.
Источник
Геосферы
Категории Геология | Под редакцией сообщества: Науки о Земле
Геосферы[1] — (от греч. гео – Земля, сфера – шар) – географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля.
Выделяются следующие геосферы: магнитосфера, атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли. Ядро Земли делится на внешнее ядро (жидкое) и центральное – субъядро (твёрдое).
Геосферы условно делятся на базовые или главные (литосфера, атмосфера и гидросфера и другие), а также относительно автономно развивающиеся вторичные геосферы: педосфера, антропосфера, социосфера и ноосфера. Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой. Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода, содержащаяся в парообразном, свободном или химически и физически связанном с другими компонентами виде, может существовать в твёрдой фазе (лёд, снег, иней и другие).
Статус геосферы им придаётся лишь исходя из значения в жизни человека на Земле, соизмеримого с ролью первичных геосфер.
Каждая из перечисленных выше геосфер изучается отдельной наукой или набором отдельных наук, изучающих каждую сферу на разных системных уровнях.
Содержание
↑Состав основных геосфер земли
Формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества, результатом которой стало разделение Земли на концентрически расположенные слои (геосферы), различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами.
В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора – «твердая» Земля, заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты.
Таким образом, можно выделить следующий ряд геосфер, из которых состоит Земля:
↑Общая характеристика основных геосфер земли
К настоящему времени человечеством получено множество данных, позволивших с высокой степенью достоверности установить характеристики основных геосфер земли.
Ядро Земли – занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км. Состоит из двух частей – большого внешнего и малого внутреннего ядра. Природа внутреннего ядра Земли с глубины 5000 км остается загадкой. Это шар диаметром 2200 км, который, как полагают ученые, состоит из железа и никеля и имеет температуру плавления порядка 4500 °С.
Внешнее ядро представляет собой жидкость – расплавленное железо с примесью никеля и серы. Давление в этом слое меньше. Внешнее ядро – шаровой слой толщиной 2200 км.
Мантия – наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 ее массы и большую часть объема. Она также существует в виде двух шаровых слоев – нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км.
Благодаря высокому давлению вещество мантии, скорее всего, находится в кристаллическом состоянии. Температура мантии составляет около 2500 ° С. Именно высокие давления обусловили такое агрегатное состояние вещества, в ином случае указанная температура привела бы к его расплавлению.
В расплавленном состоянии находится астеносфера – нижняя часть верхней мантии. Это подстилающий верхнюю мантию и литосферу слой. В целом же верхняя мантия обладает интересной особенностью: по отношению к кратковременным нагрузкам она ведет себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам – как пластичный.
Литосфера – это земная кора с частью подстилающей ее мантии, которая образует слой толщиной порядка 100 км. Земная кора обладает высокой степенью жесткости, но и большой хрупкостью. В верхней части она слагается гранитами, в нижней – базальтами.
Геологические особенности коры определяются совместными действиями на нее атмосферы, гидросферы и биосферы – трех самых внешних оболочек планеты. Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется.
На поверхности литосферы в результате совокупной деятельности ряда факторов возникает почва – это сложнейшая система, стремящаяся к равновесному взаимодействию с окружающей средой.
Гидросфера – водная оболочка Земли представлена на нашей планете Мировым океаном, пресными водами рек и озер, ледниковыми и подземными водами. Общие запасы воды на Земле составляют 1,5 млрд км 3 . Из этого количества 97 % приходится на соленую морскую воду, 2 % составляет замерзшая вода ледников и 1 % – пресная вода.
Гидросфера – это сплошная оболочка Земли, так как моря и океаны переходят в подземные воды на суше, а между сушей и морем идет постоянный круговорот воды, ежегодный объем которого составляет 100 тыс. км 3 .
Воде свойственны высокая теплоемкость, теплота плавления и испарения. Вода является хорошим растворителем, поэтому в ней содержится множество химическим элементов и соединений, необходимых для поддержания жизни.
Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан (71 % поверхности планеты). Он окружает материки (Евразию, Африку, Северную и Южную Америку, Австралию и Антарктиду) и острова. Океан делится материками на четыре части: Тихий (50 % площади Мирового океана), Атлантический (25 %), Индийский (21 %) и Северный Ледовитый (4 %) океаны.
Важной частью гидросферы Земли являются реки – водные потоки, текущие в естественных руслах и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их бассейнов.
Озера, болота, подземные воды также часть гидросферы Земли.
Ледники, образующие ледяную оболочку Земли (криосферу), также являются частью гидросферы нашей планеты. Они занимают 1/10 часть поверхности Земли. Именно в них содержатся основные запасы пресной воды (3/4).
Атмосфера – это воздушная оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней. Она состоит из воздуха – смеси газов (азота, кислорода, инертных газов, водорода, углекислого газа, паров воды). Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и различных примесей, порождаемых геохимическими и биологическими процессами на поверхности планеты.
Атмосфера Земли имеет слоистое строение, причем слои отличаются по физическим и химическим свойствам. Важнейшими из них являются температура и давление, изменение которых лежит в основе выделения атмосферных слоев. Таким образом, в атмосфере Земли выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.
Тропосфера – это нижний слой атмосферы, определяющий погоду на нашей планете. Имеет постоянную температуру. Его толщина – 10–18 км. С высотой падают давление и температура. В тропосфере содержится основное количество водяных паров, образуются облака и формируются все виды осадков.
Толщина стратосферы доходит до 50 км. Наблюдается повышение температуры из-за поглощения солнечного излучения озоном.
Ионосфера – эта часть атмосферы, начинающаяся с высоты 50 км и состоящая из ионов (электрически заряженных частиц воздуха). Ионизация воздуха происходит под действием Солнца.
С высоты 80 км начинается мезосфера, роль которой состоит в поглощении ультрафиолетовой радиации Солнца озоном, водяным паром и углекислым газом.
На высоте 90–400 км находится термосфера. В ней происходят основные процессы поглощения и преобразования солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучений.
Верхняя область атмосферы, простирающаяся от 450–800 км до 2000–3000 км, называется экзосферой. В ней содержатся атомарный кислород, гелий и водород. Часть этих элементов постоянно уходит в мировое пространство.
Магнитосфера – это внешняя и наиболее протяженная оболочка Земли. Магнитосфера представляет собой область, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения. Образует магнитный хвост Земли. В ней находятся радиационные пояса.
Ссылки
Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.
Источник