Начало термодинамики и концепция развития вселенной

- 1 -

- 28 -

КАЛУЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО

ИСТИТУТ СОЦИАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО КУРСУ: Концепции современного естествознания

НА ТЕМУ: Начало термодинамики и концепция развития вселенной

КАЛУГА, 2010

Содержание

I. Три начала термодинамики и классическая концепция развития.

Введение

Нулевое начало термодинамики

Второе начало термодинамики

Обратимые и необратимые процессы

Третье начало термодинамики

Заключение

Список литературы

II. Земля среди других планет Солнечной системы.

Введение

Земля как планета

Строение Земли

Магнитосфера

Атмосфера

Гидросфера

Рельеф Земли

Морфоструктуры

Морфоскульптуры

Биосфера

Геологическая история Земли

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Наука зародилась очень давно, на Древнем Востоке, и затем интенсивно развивалась в Европе. В научных традициях долгое время оставался недостаточно изученным вопрос о взаимоотношениях целого и части. Как стало ясно в середине 20 века часть может преобразовать целое радикальным и неожиданным образом.

Из классической термодинамики известно, что изолированные термодинамические системы в соответствии со вторым началом термодинамики для необратимых процессов энтропия системы S возрастает до тех пор, пока не достигнет своего максимального значения в состоянии термодинамического равновесия. Возрастание энтропии сопровождается потерей информации о системе.

Со временем открытия второго закона термодинамики встал вопрос о том, как можно согласовать возрастание со временем энтропии в замкнутых системах с процессами самоорганизации в живой и не живой природе. Долгое время казалось, что существует противоречие между выводом второго закона термодинамики и выводами эволюционной теории Дарвина, согласно которой в живой природе благодаря принципу отбора непрерывно происходит процесс самоорганизации.

Противоречие между вторым началом термодинамики и примерами высокоорганизованного окружающего нас мира было разрешено с появлением более пятидесяти лет назад и последующим естественным развитием нелинейной неравновесной термодинамики.

Нулевое начало термодинамики

Нулевое начало термодинамики сформулированное всего около 50 лет назад, по существу представляет собой полученное «задним числом» логическое оправдание для введения понятия температуры физических тел. Температура - одно из самых глубоких понятий термодинамики. Температура играет столь же важную роль в термодинамике, как, например процессы. Впервые центральное место в физике занял совершенно абстрактное понятие; оно пришло на смену введенному еще во времена Ньютона (17 век) понятию силы - на первый взгляд более конкретному и «осязаемому» и к тому же успешно « математезированному» Ньютоном.

Первое начало термодинамики устанавливает внутренняя энергия системы является однозначная функция ее состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий.

В термодинамике рассматриваются два типа внешних взаимодействий: воздействие, связанное с изменением внешних параметров системы (система совершает работу W), и воздействие не связанные с изменением внешних параметров и обусловленные изменением внутренних параметров или температуры (системе сообщается некоторое количество теплоты Q).

Поскольку давление зависит не только от объема, но и от температуры, то при различных изменениях температуры на пути а и в при переходе одного и того же начального состояния (p₁,V₁) в одно и тоже конечное (p₂,V₂) работа получается разной. Отсюда видно, что при замкнутом процессе (цикле) 1а2в1 система совершает работу не равную нулю. На этом основана работа всех тепловых двигателей.

Из первого начала термодинамики следует, что работа может совершаться или за счет изменения внутренней энергии, или за счет сообщения системе количества теплоты. В случае если процесс круговой, начальное и конечное состояние совпадают U₂- U₁ = 0 и W = Q, то есть работа при круговом процессе может совершаться только за счет получения системой теплоты от внешних тел.

Первое начало можно сформулировать в нескольких видах:

Невозможно возникновение и уничтожение энергии.

Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую форму движения.

Внутренняя энергия является однозначной формой состояния.

Вечный двигатель первого рода невозможен.

Бесконечно малое изменение внутренней энергии является полным дифференциалом.

Сумма количества теплоты и работы не зависит от пути процесса.

Первый закон термодинамики, постулируя закон сохранения энергии для термодинамической системы не указывает направление происходящих в природе процессов. Направление термодинамических процессов устанавливает второе начало термодинамики.

Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики устанавливает наличие в природе фундаментальной асимметрии, т.е. однонаправленности всех происходящих в ней самопроизвольных процессов.

Второй основной постулат термодинамики связан так же с другими свойствами термодинамического равновесия как особого вида теплового движения. Опыт показывает, что если две равновесные системы А и В привести в тепловой контакт, то независимо от различия или равенства у них внешних параметров они или остаются по прежнему в состоянии термодинамического равновесия, или равновесие у них нарушается и спустя некоторое время в процессе теплообмена (обмена энергией) обе системы приходят в другое равновесное состояние. Кроме того, если имеются три равновесные системы А,В и С и если системы А и В порознь находятся в равновесии с системой С, то системы А и В находятся в термодинамическом равновесии и между собой (свойства транзитивности термодинамического равновесия ).

Оказывается однако, что имеется такая физическая величина, которая позволяет сравнить термодинамические состояния двух систем и двух частей одной системы без подробного исследования и внутренних параметров. Эта величина, выражающая состояние внутреннего движения равновесной системы, имеющая одно и то же значение у всех частей сложной равновесной системы независимо от числа частиц в них и определяемое внешними параметрами и энергией называется температурой.

Температура является интенсивным параметром и служит мерой интенсивности теплового движения молекул.

Изложенное положение о существовании температуры как особой функции состояния равновесной системы представляет второй постулат термодинамики.

Иначе говоря, состояние термодинамического равновесия определяется совокупностью внешних параметров и температуры.

Итак, все внутренние параметры равновесной системы являются функциями внешних параметров и температур.(Второй постулат термодинамики).

Выражая температуру через внешние параметры и энергию, второй постулат можно сформулировать в таком виде: при термодинамическом равновесии все внутренние параметры являются функциями внешних параметров и энергии.

Второй постулат позволяет определить изменение температуры тела по изменению какого либо его параметра, на чем основано устройство различных термометров.

Обратимые и необратимые процессы

Процесс перехода системы из состояния 1 в 2 называется обратимым, если возвращением этой системы в исходное состояние из 2 в 1 можно осуществить без каких бы то ни было изменений окружающих внешних телах.

Процесс же перехода системы из состояния 1 в 2 называется необратимым, если обратный переход системы из 2 в 1 нельзя осуществить без изменения в окружающих телах.

Мерой необратимости процесса в замкнутой системе является изменением новой функции состояния - энтропии, существование которой у равновесной системы устанавливает первое положение второго начала о невозможности вечного двигателя второго рода. Однозначность этой функции состояния приводит к тому, что всякий необратимый процесс является неравновесным.

Из второго начала следует, что S является однозначной функцией состояния. Это означает, что dQ/T для любого кругового равновесного процесса равен нулю. Если бы это не выполнялось, т.е. если бы энтропия была неоднозначной функцией состояния то, можно было бы осуществить вечный двигатель второго рода.

Положение о существовании у всякой термодинамической системы новой однозначной функцией состояния энтропии S, которая при адиабатных равновесных процессах не изменяется и состовляет содержание второго начала термодинамики для равновесных процессов.

Третье начало термодинамики

Открытие третьего начала термодинамики связано с нахождением химического средства - величины, характеризующих способность различных веществ химически реагировать друг с другом. Эта величина определяется работой W химических сил при реакции. Первое и второе начало термодинамики позволяют вычислить химическое средство W только с точностью до некоторой неопределенной функции. Чтобы определить эту функцию нужны в дополнении к обоим началам термодинамики новые опытные данные о свойствах тел. Поэтому Нернстоном были предприняты широкие экспериментальные исследования поведение веществ при низкой температуре.

В результате этих исследований и было сформулировано третье начало термодинамики: по мере приближения температуры к 0 К энтропия всякой равновесной системы при изотермических процессах перестает зависить от каких-либо термодинамических параметров состояния и в пределе ( Т= 0 К) принимает одну и туже для всех систем универсальную постоянную величину, которую можно принять равной нулю.

Предельно значение энтропии, поскольку оно одно и тоже для всех систем, не имеет никакого физического смысла и поэтому полагается равным нулю (постулат Планка). Как показывает статическое рассмотрение этого вопроса, энтропия по своему существу определена с точностью до некоторой постоянной (подобно, например, электростатическому потенциалу системы зарядов в какой либо точке поля). Таким образом, нет смысла вводить некую «абсолютную энтропию», как это делал Планк и некоторые другие ученые

Заключение

Мы видели, что необратимость времени тесно связана с неустойчивостями в открытых системах. И.Р. Пригожин определяет два времени. Одно - динамическое, позволяющее задать описание движения точки в классической механике или изменение волновой функции в квантовой механике. Другое время - новое внутренние время, которое существует только для неустойчивых динамических систем. Оно характеризует состояние системы, связанное с энтропией.

Процессы биологического или общественного развития не имеют конечного состояния. Эти процессы неограниченны. Здесь, с одной стороны, как мы видели, нет какого-либо противоречия со вторым началом термодинамики, а с другой стороны

Список литературы

1. Базаров И.П. Термодинамика. - М.: Высшая школа, 1999 г.

2. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры устойчивости и флуктуаций. - М.: Мир, 1993 г.

3. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. - М.: Мир, 2000 г.

4. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. - М.: Иностранная литература, 1999 г.

5. Пригожин И. От существующего к возникающему. - М.: Наука, 1995 г.

II. Земля среди других планет Солнечной системы

Введение

Земля занимает пятое место по размеру и массе среди больших планет, но из планет т. н. земной группы, в которую входят Меркурий, Венера, Земля и Марс, она является самой крупной. Важнейшим отличием Земли от других планет Солнечной системы является существование на ней жизни, достигшей с появлением человека своей высшей, разумной формы. Условия для развития жизни на ближайших к Земле телах Солнечной системы неблагоприятны; обитаемые тела за пределами последней пока также не обнаружены. Однако жизнь -- естественный этап развития материи, поэтому Землю нельзя считать единственным обитаемым космическим телом Вселенной, а земные формы жизни -- её единственно возможными формами.

Согласно современным космогоническим представлениям, Земля образовалась приблизительно 4,5 млрд. лет назад путём гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества, содержащего все известные в природе химические элементы. Формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества, которой способствовал постепенный разогрев земных недр, в основном за счёт теплоты, выделявшейся при распаде радиоактивных элементов (урана, тория, калия и др.).

Большую часть поверхности Земля занимает Мировой океан (361,1 млн. км², или 70,8%), суша составляет 149,1 млн. км² (29,2%) и образует шесть крупных массивов -- материков: Евразию, Африку, Северную Америку, Южную Америку, Антарктиду и Австралию.

Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическим полями. Гравитационное притяжение Земли удерживает на околоземной орбите Луну и искусственные спутники. Действием гравитационного поля обусловлены сферическая форма Земли, многие черты рельефа земной поверхности, течение рек, движение ледников и другие процессы.Магнитное поле создаётся в результате сложного движения вещества в ядре Земли. В межпланетном пространстве оно занимает область, объём которой намного превосходит объём Земли, а форма напоминает комету с хвостом, направленным от Солнца. Эту область называют магнитосферой.

С магнитным полем Земли тесно связано её электрическое поле. «Твёрдая» Земля несёт отрицательный электрический заряд, который компенсируется объёмным положительным зарядом атмосферы, так что в целом Земля, по-видимому, электронейтральна.

Землю изучают многие науки. Фигурой и размерами Земли занимается геодезия, движениями Земли как небесного тела -- астрономия, силовыми полями -- геофизика (отчасти астрофизика), которая изучает также физическое состояние вещества Земли и физические процессы, протекающие во всех геосферах. Законы распределения химических элементов Земли и процессы их миграции исследует геохимия. Вещественный состав литосферы и историю сё развития изучает комплекс геологических наук. Природные явления и процессы, происходящие в географической оболочке и биосфере, являются областью наук географических и биологических циклов. Земных проблем касаются также науки, изучающие законы взаимодействия природы и общества.

Земля как планета

Земля -- третья по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы. Масса Земли равна 5976*10²¹ кг, что составляет ¹/₄₄₈ долю массы больших планет и ¹/₃₃₀₀₀₀ массы Солнца. Под действием притяжения Солнца Земля, как и другие тела Солнечной системы, обращается вокруг него по эллиптической (мало отличающейся от круговой) орбите. Солнце расположено в одном из фокусов эллиптической орбиты Земли, вследствие чего расстояние между Землёй и Солнцем в течение года меняется от 147,117 млн. км (в перигелии) до 152,083 млн. км (в афелии). Большая полуось орбиты Земли, равная 149,6 млн. км, принимается за единицу при измерении расстояний в пределах Солнечной системы. Скорость движения Земли по орбите, равная в среднем 29,765 км/сек, колеблется от 30,27 км/сек (в перигелии) до 29,27 км/сек (в афелии). Вместе с Солнцем Земля участвует также в движении вокруг центра Галактики, период галактического обращения составляет около 200 млн. лет, средняя скорость движения 250 км/сек. Относительно ближайших звёзд Солнце вместе с Землей движется со скоростью ? 19,5 км/сек в направлении созвездия Геркулеса.

Плоскость земной орбиты (плоскость эклиптики) наклонена в современную эпоху под углом 1,6

Естественный спутник Земли -- Луна обращается вокруг Земли по эллиптической орбите на среднем расстоянии 384 400 км. Масса Луны составляет 1:81,5 долю массы Земли (73,5*10²¹ кг). Центр масс системы Земля -- Луна отстоит от центра З. на ^ѕ её радиуса. Оба тела -- Земля и Луна -- обращаются вокруг центра масс системы. Отношение массы Луны к массе Земли -- наибольшее среди всех планет и их спутников в Солнечной системе, поэтому систему Земля -- Луна часто рассматривают как двойную планету.

Земля имеет сложную форму, определяемую совместным действием гравитации, центробежных сил, вызванных осевым вращением Земли, а также совокупностью внутренних и внешних рельефообразующих сил. Приближённо в качестве формы (фигуры) Земли принимают уровненную поверхность гравитационного потенциала (т. е. поверхность, во всех точках перпендикулярную к направлению отвеса), совпадающую с поверхностью воды в океанах (при отсутствии волн, приливов, течений и возмущений, вызванных изменением атмосферного давления). Эту поверхность называют геоидом. Объём, ограниченный этой поверхностью, считается объёмом Земли. Средним радиусом Земли называют радиус шара того же объёма, что и объём геоида. Вследствие вращения Земли точки экватора имеют скорость 465 м/сек, а точки, расположенные на широте ? -- скорость 465cos? (м/сек), если считать Землю шаром. Зависимость линейной скорости вращения, а, следовательно, и центробежной силы от широты приводит к различию значений ускорения силы тяжести на разных широтах.

Вращение Земли вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи на её поверхности. Период вращения Земли определяет единицу времени -- сутки. Ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости эклиптики на 23° 26,5' (в середине 20 в.); в современную эпоху этот угол уменьшается на 0,47“ за год. При движении Земли по орбите вокруг Солнца её ось вращения сохраняет почти постоянное направление в пространстве. Это приводит к смене времён года.

Период вращения Земли систематически увеличивается под воздействием лунных и в меньшей степени солнечных приливов. Притяжение Луны создаёт приливные деформации как атмосферы и водной оболочки, так и «твёрдой» Земли. Скорость вращения Земли несколько меняется в течение года также вследствие сезонных перемещений воздушных масс и влаги. Наблюдения траекторий искусственных спутников Земли позволили с высокой точностью установить, что сплюснутость Земли несколько больше той, которая соответствует современной скорости её вращения и распределению внутренних масс.

Строение Земли

Магнитосфера

Самой внешней и протяжённой оболочкой Земли является магнитосфера -- область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц.

Исследования, проведённые при помощи космических зондов и искусственных спутников Земли, показали, что Земля постоянно находится в потоке корпускулярного излучения Солнца (т. н. солнечный ветер). Он образуется благодаря непрерывному расширению (истечению) плазмы солнечной короны и состоит из заряженных частиц (протонов, ядер и ионов гелия, а также более тяжёлых положительных ионов и электронов). У орбиты Земли скорость направленного движения частиц в потоке колеблется от 300 до 800 км/сек. Солнечная плазма несёт с собой магнитное поле, напряжённость которого в среднем равна 4,8-10^-За/м (6*10^-5 э).

При столкновении потока солнечной плазмы с препятствием -- магнитным полем Земли -- образуется распространяющаяся навстречу потоку ударная волна, фронт которой со стороны Солнца в среднем локализован на расстоянии 13--14 радиусов Земли (R_?) от её центра. За фронтом ударной волны следует переходная область толщиной ~ 20 тыс. км, где магнитное поле солнечной плазмы становится неупорядоченным, а движение её частиц -- хаотичным, температура плазмы в этой области повышается примерно с 200 тыс. градусов до ~ 10 млн. градусов.

Магнитосфера реагирует на проявления солнечной активности, вызывающей заметные изменения в солнечном ветре и его магнитном поле. Возникает сложный комплекс явлений, получивший название магнитной бури. При бурях наблюдается непосредственное вторжение в магнитосферу частиц солнечного ветра, происходит нагрев и усиление ионизации верхних слоев атмосферы, ускорение заряженных частиц, увеличение яркости полярных сияний, возникновение электромагнитных шумов, нарушение радиосвязи на коротких волнах и т.д. В области замкнутых линий геомагнитного поля существует магнитная ловушка для заряженных частиц. Нижняя её граница определяется поглощением захваченных в ловушку частиц атмосферой на высоте несколько сот км., верхняя практически совпадает с границей магнитосферы на дневной стороне Земли, несколько снижаясь на ночной стороне. Потоки захваченных в ловушку частиц высоких энергий (главным образом протонов и электронов) образуют т. н. Радиационный пояс Земли. Частицы радиационного пояса представляют значительную радиационную опасность при полётах в космос.

Атмосфера

Атмосферой, или воздушной оболочкой Земли, называют газовую среду, окружающую «твёрдую» Землю и вращающуюся вместе с ней. Масса атмосферы составляет ~5,15*10¹⁸ кг. Среднее давление атмосферы на поверхность Земли на уровне моря. Равно 101 325 н/м² (это соответствует 1 атмосфере или 760 мм рт. ст.). Плотность и давление атмосферы быстро убывают с высотой.Атмосфера имеет слоистое строение, слои различаются своими физическими и химическими свойствами (температурой, химическим составом, ионизацией молекул и др.).

Нижняя часть атмосферы, содержащая около 80% всей её массы, называется тропосферой. Она распространяется до высоты 16--18 км в экваториальном поясе и до 8--10 км в полярных широтах. Температура тропосферы понижается с высотой в среднем на 0,6. К на каждые 100 м. Над тропосферой до высоты 55 км расположена стратосфера, в которой заключено почти 20% массы атмосферы. От тропосферы она отделена переходным слоем -- тропопаузой, с температурой 190--220 К. До высоты ~25 км температура стратосферы несколько падает, но дальше начинает расти, достигая максимума (~270К) на высоте 50--55 км. Над стратосферой расположены мезосфера (до 80 км), термосфера (от 80 км до 800--1000 км) и экзосфера (выше 800--1000 км). Общая масса всех этих слоев не превышает 0,5% массы атмосферы. В мезосфере, отделённой от стратосферы стратопаузой, озон исчезает, температура вновь падает до 180--200К. вблизи её верхней границы (мезопаузы). В термосфере происходит быстрый рост температуры, связанный главным образом с поглощением в ней солнечного коротковолнового излучения. Рост температуры наблюдается до высоты 200--300 км. Выше, примерно до 800--1000 км, температура остаётся постоянной (~1000К), т.к. здесь разреженная атмосфера слабо поглощает солнечное излучение.

Верхний слой атмосферы -- экзосфера -- крайне разрежен (у его нижней границы число протонов в 1 м³ составляет ~ 10¹¹) и столкновения частиц в нём происходят редко. Скорости отдельных частиц экзосферы могут превышать критическую скорость ускользания (вторую космическую скорость). Эти частицы, если им не помешают столкновения, могут, преодолев притяжение Земли, покинуть атмосферу и уйти в межпланетное пространство. Так происходит рассеяние (диссипация) атмосферы. Поэтому экзосферу называют также сферой рассеяния. Ускользают из атмосферы в межпланетное пространство главным образом атомы водорода и гелия.

Через атмосферу к поверхности Земли поступает электромагнитное излучение Солнца -- главный источник энергии физических, химических и биологических процессов. Жёсткое коротковолновое излучение (рентгеновское и гамма-излучение) поглощается всей толщей атмосферы, до поверхности Земли оно не доходит. Таким образом, биосфера оказывается защищенной от губительного воздействия коротковолнового излучения Солнца. В виде прямой и рассеянной радиации поверхности Земли достигает лишь 48% энергии солнечного излучения, падающего на внешнюю границу атмосферы. В то же время атмосфера почти непрозрачна для теплового излучения Земли (за счёт присутствия в атмосфере углекислого газа и паров воды. Если бы Земля была лишена атмосферы, то средняя температура её поверхности была бы --23°С, в действительности средняя годовая температура поверхности Земли составляет 14,8°С. Атмосфера задерживает также часть космических лучей и служит бронёй против разрушительного действия метеоритов.

Атмосфера является активным агентом в различных процессах, происходящих на поверхности суши и в верхних слоях водоёмов. Важнейшую роль играет атмосфера в развитии жизни на Земле.

Гидросфера

Вода образует прерывистую оболочку Земли. Около 94% общего объёма гидросферы сосредоточено в океанах и морях; 4% заключено в подземных водах; около 2% -- в льдах и снегах (главным образом Арктики, Антарктики и Гренландии); 0,4% -- в поверхностных водах суши (реки, озёра, болота). Незначительное количество воды содержится в атмосфере и организмах. Все формы водных масс переходят одна в другую в процессе обращения. Ежегодное количество осадков, выпадающих на земную поверхность, равно количеству воды, испарившейся в сумме с поверхности суши и океанов. В общем круговороте влаги наиболее подвижны воды атмосферы.

Вода гидросферы содержит почти все химические элементы. Средний химический состав её близок к составу океанической воды, в которой преобладают кислород, водород, хлор и натрий.

Хлор, сера, фтор, бром, йод, бор и др. элементы, играющие в океанической воде роль анионов, являются преимущественно продуктами подводных вулканических извержений. Содержащиеся в гидросфере углерод, азот, свободный кислород и др. элементы поступают из атмосферы и из живого вещества суши и океана. Благодаря большому содержанию в океане биогенных химических элементов океаническая вода служит весьма благоприятной средой для развития растительных и животных организмов. Мировой океан образует самое большое скопление вод на земной поверхности. Морские течения связывают отдельные его части в единое целое, вследствие чего воды океанов и морей обладают общими физико-химическими свойствами. Поверхностный слой воды в океанах (до глубины 200--300 м) имеет непостоянную температуру, меняющуюся по сезонам года и в зависимости от температурного режима соответствующего климатического пояса. Средняя годовая температура этого слоя постепенно убывает от 25 °С у экватора до 0 °С и ниже в полярных областях. Характер вертикального изменения температур океанических вод сильно варьирует в зависимости от географической широты, что объясняется главным образом неодинаковым нагреванием и охлаждением поверхностных вод.

В экваториальных и тропических пространствах вода нагревается с поверхности круглый год. Тёплые воды переносятся отсюда течениями в высокие широты, утепляя их, а холодные воды возвращаются к тропикам в противотечениях. Таким образом, океан влияет на климат и погоду Земли. Велика роль океана в круговороте веществ на Земле (влагооборот, взаимный обмен с атмосферой кислородом и углекислым газом, вынос на сушу растворённых в океанической воде солей и привнос в океан реками материала с суши, биогеохимические превращения). Непрерывно движущиеся водные массы океана, взаимодействуя с горными породами дна и берегов, производят огромную разрушительную и созидательную (аккумулятивную) работу. Разнообразный обломочный и растворённый материал, полученный в результате разрушительной работы океанической воды и благодаря речному стоку, осаждается на дне океана, образуя осадки, превращающиеся затем в осадочные горные породы. Отмершие растительные и животные организмы дают начало биогенным осадкам. Немалую роль играют и воды суши. Пресные воды удовлетворяют потребности человека в воде, обеспечивают промышленность и поливное земледелие. Текучие поверхностные воды совершают большую геологическую работу, осуществляя размыв (эрозию), перенос и отложение продуктов разрушения горных пород. Деятельность текучих вод приводит к расчленению и общему понижению рельефа суши. Суммарное количество выносимого реками в моря и океаны материала оценивается более чем в 17 млрд. т в год.

Рельеф Земли

Самые крупные (планетарные) формы рельефа Земли соответствуют структурным крупнейшим элементам земной коры. Их морфологические различия определяются различиями строения и истории отдельных участков земной коры, а также направленностью тектонических движений. Эти подразделения рельефа земной поверхности, в формировании которых ведущая роль принадлежит внутренним процессам, носят название морфоструктур.

Морфоструктуры планетарного масштаба расчленяются на морфоструктуры более мелкого порядка -- отдельные возвышенности, хребты, массивы, плато, впадины и другие, являющиеся всё же относительно крупными формами рельефа. На них накладываются более мелкие разнообразные формы, так называемой морфоскульптуры, образующиеся преимущественно под влиянием внешних сил Земли, питаемых энергией Солнца.

Морфоструктуры

Крупнейшие неровности поверхности Земли образуют выступы материков (суша вместе с шельфом) и впадины океанов. Наиболее крупные элементы рельефа суши -- равнинно-платформенные и горные (орогенные) области.

Равнинно-платформенные области включают равнинные части древних и молодых платформ и занимают около 64% площади суши. Преобладают первичноравнинные поверхности, образованные почти горизонтально залегающими толщами осадочных пород. В пределах платформенных равнин имеются отдельные низменности и возвышенности, плато, плоскогорья и высоко поднятые массивы.В рельефе суши преобладают равнины второго типа. Морфологический облик низких и высоких равнин резко различен. Высоким равнинам, в отличие от низких, свойственны большая глубина расчленения, ступенчатость поверхности, обусловленная главным образом смещениями по разломам, и местами -- проявления вулканизма.

Различают древние платформенные равнины, сформировавшиеся на докембрийских платформах (например, Восточно-Европейская), и молодые -- на молодых платформах (например, Западно-Сибирская) -- более подвижные по сравнению с первыми.

Горные (орогенные) области занимают около 36% площади суши. В их пределах выделяются горные сооружения двух типов: молодые, или эпигеосинклинальные, возникшие впервые в орогенном этапе развития геосинклинальных систем кайнозоя (горы юга Евразии, запада Северной и Южной Америки), и горы возрожденные, или эпиплатформенные, которые образовались на месте древних выровненных или полуразрушенных складчатых областей различного возраста в результате омоложения и возрождения новейшими движениями земной коры (например, Тянь-Шань, Куньлунь, горы Южной Сибири и Северной Монголии в Азии, Скалистые горы в Северной Америке, нагорья Восточной Африки и др.).

Дно океанов подразделяется на подводную окраину материков, зону островных дуг, или переходную зону, ложе океана и срединноокеанические хребты.

Подводная окраина материка (около 14% поверхности Земли) включает мелководную равнинную в целом полосу материковой отмели (шельф), материковый склон и расположенное на глубинах от 2500 до 6000 м материковое подножие. Материковый склон и материковое подножие отделяют выступы материков, образованные совокупностью суши и шельфа, от основной части океанического дна, называемой ложем океана.

Зона островных дуг. Ложе океана не во всех областях земного шара непосредственно граничит с материковым подножием. На сохранивших до настоящего времени геосинклинальный режим западных окраинах Тихого океана, в области Малайского архипелага, Антильских островов, моря Скоша и в некоторых других районах между материком и ложем океана располагается переходная зона, которая отличается значительной шириной и резкой сменой поднятых и глубоко опущенных участков дна. В этих районах выделяются архипелаги островных дуг, котловины окраинных морей (например, Берингова, Охотского и др.), горы и поднятия в их пределах, а также глубоководные желоба. Островные дуги представляют собой молодые горные сооружения, выступающие над водой в виде цепочки островов (Курильские, Зондские, Антильские и пр.); глубоководные желоба -- длинные и узкие впадины океанического дна, окаймляющие островные дуги со стороны океана и погруженные на глубину 7--11 км. Некоторые островные дуги состоят из двух параллельных хребтов. В зоне островных дуг наблюдается самая большая на Земле контрастность рельефа.

Крупнейшим элементом подводного рельефа являются срединноокеанические хребты (около 10% поверхности Земли). Их суммарная длина составляет более 60 тыс. км. Они представляют собой пологие валообразные поднятия от нескольких десятков до 1000 км шириной, возвышающиеся над дном соседних котловин на 2--3 км. Каждый из срединных хребтов имеет своё продолжение в области коры материкового типа: рифтовые нарушения Восточно-Тихоокеанского поднятия прослеживаются в структурах Калифорнийского побережья США, нарушения Центральноиндийского хребта -- в грабенах-рифтах Аденского залива, Красного моря и в разломах Восточной Африки, нарушения Срединно-Атлантического хребта -- на острове Шпицберген.В строении поверхности Земли огромную роль играют глубинные разломы, рассекающие всю земную кору и нередко уходящие в мантию. Они разделяют кору на отдельные глыбы, хорошо выраженные в рельефе. С ними, в частности, связаны прямолинейные участки в очертаниях материков. На дне океанов крупнейшие разломы протягиваются на тысячи км в широтном и субщиротном направлениях и выражены в рельефе в виде уступов, узких впадин и возвышающихся над ними хребтов. Эти разломы пересекают срединноокеанические хребты, разбивая их на отдельные сегменты, сдвинутые один относительно другого на десятки и сотни км.

Морфоскульптуры

Наибольшую роль в формировании морфоскульптур играет работа рек и временных потоков. Они создают широко распространённые флювиальные (эрозионные и аккумулятивные) формы (речные долины, балки, овраги и др.). Большое распространение имеют ледниковые формы, обусловленные деятельностью современных и древних ледников, особенно покровного типа (северная часть Евразии и Северной Америки). Они представлены долинами-трогами, «бараньими лбами» и «курчавыми» скалами, моренными грядами, озами и др. На огромных территориях Азии и Северной Америки, где распространены многолетнемёрзлые толщи пород, развиты разнообразные формы мерзлотного (криогенного) рельефа. Для пустынных и полупустынных областей З. характерны т. н. аридные формы, в создании которых решающую роль играют интенсивное физическое выветривание, деятельность ветра и временных потоков.

Внешние процессы на суше в значительной мере обусловлены климатическими особенностями местности, в связи с чем области распространения морфоскульптур определённого типа распределены по поверхности Земли достаточно закономерно.

На дне океанов морфоскульптуры образуются под влиянием береговых абразионно-аккумулятивных процессов, деятельности мутьевых (суспензионных) потоков, воздействия придонных течении и др.

Биосфера

Важнейшая особенность Земли как планеты -- наличие биосферы -- оболочки, состав, строение и энергетика которой в существенных чертах обусловлены деятельностью живых организмов. Границы её понимаются различно, в зависимости от подхода к её изучению. Наиболее полно значение этой оболочки выявлено в учении о биосфере, созданном В. И. Вернадским. Биосфера включает в себя не только область приповерхностного сосредоточения современной жизни, но и части др. геосфер, в которые проникает живое вещество и которые преобразованы в результате его былой деятельности

Биосфера как область наблюдаемой на Земле максимальной изменчивости условий и состояния вещества включает твёрдое, жидкое и газообразное вещество и имеет мозаичное строение, в основе которого лежат различные биогеоценозы -- комплексы живых организмов и неорганических компонентов, взаимосвязанных обменом веществ и энергии. Это -- единая организованная система, способная к саморегулированию.

Вещество биосферы неоднородно по структуре; оно делится на живое (организмы), биогенное (созданное живыми организмами), биокосное (результат совместного действия биологических и неорганических процессов) и косное (неорганическое). Геологическая роль живого вещества проявляется в ряде биогеохимических функций. Через посредство живых организмов (главным образом через фотосинтез) солнечная энергия вводится в физико-химические процессы земной коры, а затем перераспределяется через питание, дыхание и размножение организмов, вовлекая в процесс большие массы косного вещества. Живые организмы распространены во всех доступных им областях Земли, близких к областям термодинамической устойчивости жидкой воды (за исключением, по-видимому, областей перегретых подземных вод), и в ряде областей с температурой ниже 0⁰С. Границы биосферы расширялись в процессе эволюции Земли не только за счёт прямой приспособляемости организмов к более суровым условиям, но и за счёт создания защитных оболочек, внутри которых возникают особые условия, отличающиеся от условий окружающей среды. Этот процесс наибольший размах принял с появлением человека, который способен существенно расширять сферу своего обитания.

Геологическая история Земли

Геологическая история Земли восстанавливается на основании изучения горных пород, слагающих земную кору. Абсолютный возраст самых древних из известных в настоящее время горных пород составляет около 3,5 млрд. лет, а возраст Земли как планеты оценивается в 4,5 млрд. лет. Образование Земли и начальный этап её развития относятся к догеологической истории. Геологическая история Земли делится на два неравных этапа: докембрий, занимающий около ⁵/₆ всей геологической истории (около 3 млрд. лет), и фанерозой, охватывающий последние 570 млн. лет. Докембрий делится на архей и протерозой. Фанерозой включает палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры. Наиболее изучена история материковой части земной коры, в пределах которой около 1500--1600 млн. лет тому назад закончилось в основном образование древних (докембрийских) платформ, составивших основные массивы современных материков. Это: Восточно-Европейская (Русская) в Европе; Сибирская, Китайско-Корейская, Южно-Китайская и Индийская в Азии; Африканская, Австралийская, Южно- и Северо-Американская (Канадская), а также Антарктическая платформы. История земной коры материков в значительной степени определяется развитием её геосинклинальных поясов, состоящих из отдельных геосинклинальных систем. Эволюция всех геосинклинальных систем начинается длительным геосинклинальным этапом заложения и развития глубоких субпараллельных прогибов, или геосинклиналей, разделённых поднятиями (геоантиклиналями) и обычно заполненных морем, в водах которого отлагались мощные толщи осадочных и вулканических пород. Затем геосинклинальная система претерпевала интенсивную складчатость, которая преобразовывала её в складчатую систему (складчатое сооружение), вступала в стадию горообразования (орогенеза) и высоко вздымалась в целом в виде горной страны. На этом заключительном орогенном этапе только кое-где в новообразованных внутренних (межгорных) впадинах и формирующихся вдоль окраин соседних платформ передовых (краевых) прогибах накапливались главным образом грубообломочные отложения и на обширных площадях развивался связанный с разломами земной коры так называемой орогенный вулканизм. С концом орогенного этапа складчатая система теряла былую тектоническую подвижность, её рельеф постепенно выравнивался денудацией, и она превращалась в фундамент молодой платформы, внутри которой впоследствии обособлялись участки, перекрывавшиеся вновь отложенным платформенным чехлом (плиты). Развитие большинства фанерозойских геосинклинальных систем укладывается в рамки немногих обобщённых тектонических циклов планетарного значения. Хотя начало и конец каждого из них в разных случаях разнятся на десятки млн. лет, в целом они являются естественными стадиями общей эволюции структуры материковой коры. Два из них -- каледонский и герцинский -- приходятся на палеозойскую эру (570--230 млн. лет назад). Завершившие их каледонская и герцинская складчатости сформировали фундаменты самых обширных и типичнее всего построенных эпипалеозойских молодых платформ.

Мезозойские складчатые системы до сих пор отличаются гористым рельефом, и настоящие эпимезозойские плиты с хорошо развитым платформенным чехлом мало распространены. В конце тектонического цикла морские осадки почти всюду сменялись континентальными. В конце цикла образовались также хемогенные лагунные отложения (соль, гипс), являвшиеся продуктом выпаривания солей из воды замкнутых и мелководных морских бассейнов. Благодаря поступательной эволюции животного и растительного мира от цикла к циклу менялись породообразующие организмы, менялся и характер воздействия организмов на горные породы.

Заключение

Земля - третья планета от солнца и наиболее крупный и наиболее сложный динамический объект из всех внутренних планет. Земля имеет форму, близкую к шарообразной. Радиус шара, равновеликого Земле, - 6371 км. Земля обращается вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси. Вокруг Земли обращается один естественный спутник - Луна. В формировании Земли существенную роль играло тепло недр и процессы радиоактивного распада. Формирование земной коры происходило в течении длительного периода, который по данным палеонтологии разделен на эры, периоды, эпохи, века. Большую роль в эволюции Земли сыграло наличие гидросферы и появление органической жизни на ней. Многие ученые считают, что наша земля - это живое, разумное существо и как все другие организмы родилась и когда-нибудь умрет. У Земли есть своя среда обитания - Космос. Любой организм, независимо от размеров, является частью еще большего организма. Таким образом, Земля - это клетка Галактики и частица Вселенной. Если Земля - это живой организм, то мы, люди, представляемся в качестве клеток этого животного. Похожие клетки объединяются в органы. Сегодня землю изучают из космоса, посылают автоматические станции к другим планетам, создаются международные научные экспедиции, проводятся совещания, идет обмен научной информацией, но за все это время человеку так и не удалось целостно освоить землю. Сейчас наука разрабатывает новые, крепкие материалы способные выдержать, например, давление земли на глубине более 20 км., люди осваивает полярные страны, строятся глубочайшие шахты. Так постепенно человек проникает вглубь Земли, расширяются знания человечества о планете Земля.

Список литературы

1. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания. - М., 2004. 670 с.

2. Друянов В.А. Загадочная биография Земли. - М., 1991Мир, 1990. 293 с.

3. Дубиищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - М., 2003. 607 с.

4. Киппенхан Р.100 миллиардов Солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд. - М.:

5. Концепции современного естествознания. / Под ред. В.Н. Лавриенко, В.П. Ратникова. М.: ЮНИТИ, 1997. 568 с.

6. Сурдин В.Г. Рождение звезд. М.: УРСС, 1997. 207 с.

7. Шаткин Г.А. Наша планета - Земля // Наука и жизнь. -1999. -№ 5.