Эволюционные процессы в мегамире

Ряд гипотез возникновения жизни на Земле. Последний цикл оледенения в Северном полушарии. Строение Земли. Граница Мохоровича, разделяющая кору и мантию. Масса земной коры. Состав верхней континентальной коры. Распространенность химических элементов.

Рубрика Физика и энергетика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 17.04.2013
Размер файла 46,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эволюционные процессы в мегамире

1. Земля

Земля - огромная масса камня и воды летящая сквозь космическое пространство, она не похожа на другие известные нам планеты, так как на ней есть жизнь, Земля не просто только наш дом, но и единственное пристанище во вселенной. А как мы сюда попали? Какие силы сотворили живую дышащую планету, приютившую нас? Ученые только подступают к разгадке этой тайны. В бескрайнем космосе есть только одно место где могут жить люди, земля как будто специально сотворена для нас, здесь есть вода, пища и воздух это единственный наш дом где нам хорошо и уютно, раньше этого дома не существовало, на просторах млечного пути где находится сейчас земля было большое облако газа и пыли. Ученые называют их молекулярными облаками, они огромны, охватывают пространство сотни световых лет, из таких облаков и сформировалась наша земля, облака составляют обломки мертвых звезд когда то погибшие при взрыве и засорившие своей пылью космос, так же это кремний, кальций и т.д. Разрозненные частицы притягиваются с помощью силы тяготения, повинуясь этой силе яблоко падает с дерева, она и повинует тела в космическом пространстве, она же и притягивает частицы молекулярного облака, в течении следующих десятков лет, молекулярное облако сжимается под силой собственного тяготения. Центр такого облака нагревается, в конце концов образовалось солнце и солнечная система. Все планеты начали вращаться вокруг центра, то есть Солнца, ударяясь друг о друга и образуя одну планету, в итоге такое столкновение оставило всего несколько планет: Венеру, Меркурий, Марс и Землю. При таких столкновениях Земля очень сильно нагрелась, до 44700 градусов Цельсия. Планете не позволяло остывать до нужной для жизни температуры еще одна опасность из космоса, к молодой Земле несется буря заряженных частиц. Это буря исходит от солнца, тогда оно было гораздо больше и Земля находилась к нему на много ближе, что не позволяло остыть Земле. Но у Земли уже была защита от солнечного ветра. Ядро образует на нашей Земле северное и южное полюса, образуя магнитное поле, оно так же выходит далеко в космос, образуя магнитосферу. Которая нас и защищает. Во время таких выплесков частиц Солнцем на Землю, те что все таки проходят это поля и притягиваются к полюсам, образуют северное и южное сияние на планете.

Земля все еще не готова к жизни, на ней нету воды. Так как на Земле появилась вода? Ученые только недавно сделали открытие, обнаружив воду в астероидах обитающих в космосе. Тогда во внутренней солнечной системе была довольно высокая температура для появления воды, Расстояние от солнца до ближайшего пояса астероидов около 250 млн/км. Здесь вода в астероидах замерзала, так же она входила в состав и других тел в космосе. Тогда то давным-давно Земля и подверглась метеоритному дождю. Это теория была отвергнута, после обнаружения учеными замерзшего на Антарктиде метеорита, сохранившего при низкой температуре все свои свойства, та вода что находилась в метеорите не соответствует, той что сейчас на нашей Земле. Был проведен еще один эксперимент, запуск необычного судна НАСА (наз. ДИМИМпакт) в январе 2005 года, полет на расстояние 434 млн/км к комете ТЕМПЛ-1, с целью внедрения в нее импактра, что бы выяснить, что именно кометы принесли воду на нашу землю. Этот эксперимент опровергнут.

Образовалась планета Земля состоящая из внутреннего ядра, внешнего ядра, мантии, верхней мантии и земной коры, все это объединяется названием литосфера.

Землям - третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

Чаще всего упоминается как Мир, Голубая планета, иногда Терра (от лат. Terra). Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми организмами.

Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник - Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле. Учитывая период полураспада радиоактивных элементов, радиация, обусловленная самой земной корой, снизилась ещё более значительно. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые постепенно мигрируют по поверхности за периоды во много миллионов лет. Приблизительно 70,8% поверхности планеты занимает Мировой океан[22], остальную часть поверхности занимают континенты и острова. Жидкая вода, необходимая для всех известных жизненных форм, не существует на поверхности какой-либо из известных планет и планетоидов Солнечной системы, кроме Земли. Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, очень вязкого слоя, называемого мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро (которое и является источником магнитного поля Земли) и внутреннее твёрдое ядро, предположительно, железное.

Земля взаимодействует (притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней. Этот отрезок времени - сидерический год, который равен 365,26 солнечным суткам. Ось вращения Земли наклонена на 23,44° относительно перпендикуляра к её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год (365,24 солнечных суток). Сутки сейчас составляют примерно 24 часа. Луна начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад, что стабилизировало осевой наклон планеты и является причиной приливов, которые замедляют вращение Земли и отдаляют Луну. Некоторые теории полагают, что падения астероидов приводили к существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли, в частности, массовые вымирания различных видов живых существ.

Согласно современным научным представлениям, Земля и другие планеты Солнечной системы, сформировались 4,54 млрд. лет назад из протопланетного диска пыли и газа, оставшегося после формирования Солнца. Луна сформировалась позднее, вероятно, в результате касательного столкновения [25] Земли с объектом, по размерам близким Марсу и массой 10% от земной (иногда этот объект называют «Тея»). Часть массы этого тела слилась с Землёй, а часть была выброшена в околоземное пространство и образовала кольцо обломков, со временем агрегировавшееся и давшее начало Луне.

Выделение газов из коры и вулканическая активность привели к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами, привела к образованию океанов. Существует ряд гипотез возникновения жизни на Земле. Около 3,6-4,1 млрд. лет назад появился «последний универсальный общий предок» (англ. last universal common ancestor).

Развитие фотосинтеза позволило живым организмам напрямую накапливать солнечную энергию. В результате в атмосфере стал накапливаться кислород, а в верхних слоях - формироваться озоновый слой. Слияние мелких клеток с более крупными привело к развитию сложных клеток - эукариотов. Настоящие многоклеточные организмы, состоящие из группы клеток, стали всё больше приспосабливаться к окружающим условиям. Благодаря поглощению губительного ультрафиолетового излучения озоновым слоем, жизнь смогла начать освоение поверхности Земли.

Поскольку поверхность планеты постоянно изменялась в течение сотен миллионов лет, континенты появлялись и разрушались. Континенты перемещались по поверхности, порой собираясь в суперконтинент. Приблизительно 750 млн. лет назад, самый ранний из известных суперконтинентов - Родиния, стал раскалываться на части. Позже континенты объединились в Паннотию (600-540 млн. лет назад), затем в последний из суперконтинентов - Пангею, который распался 180 миллионов лет назад.

В 1960 году была выдвинута гипотеза Земли-снежка, утверждающая, что в период между 750 и 580 млн лет назад Земля была полностью покрыта льдом. Эта гипотеза объясняет кембрийский взрыв, когда резко ускорилось распространение многоклеточных форм жизни [33].

После кембрийского взрыва, около 535 млн. лет назад, было пять массовых вымираний. Последнее массовое вымирание случилось 65 млн. лет назад, когда, вероятно, падение метеорита привело к исчезновению динозавров и других крупных рептилий, но обошло мелких зверей, таких как млекопитающие, которые тогда напоминали землероек, а также птиц. В течение последних 65 миллионов лет, развилось огромное количество разнообразных видов млекопитающих, и несколько миллионов лет назад обезьяноподобные животные получили способность прямо хождения. Это позволило использовать орудия и способствовало общению, которое помогало добывать пищу и стимулировало необходимость в большом мозге. Развитие земледелия, а затем цивилизации, в короткие сроки позволило людям воздействовать на Землю как никакая другая форма жизни, влиять на природу и численность других видов.

Последний ледниковый период начался примерно 40 млн. лет назад, его пик приходится на плейстоцен около 3 миллионов лет назад. На фоне продолжительных и значительных изменений средней температуры земной поверхности, что может быть связано с периодом обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики (около 200 млн. лет), имеют место и меньшие по амплитуде и длительности циклы похолодания и потепления, происходящие каждые 40-100 тысяч лет, имеющие явно автоколебательный характер, возможно, вызванный действием обратных связей от реакции всей биосферы, как целого, стремящейся обеспечить стабилизацию климата Земли (см. гипотезу Геи, выдвинутую Джеймсом Лавлоком (англ. James Ephraim Lovelock), а также теорию биотической регуляции, предложенную В.Г. Горшковым).

Последний цикл оледенения в Северном полушарии закончился около 10 тысяч лет назад.

2. Строение Земли

Земля относится к планетам земной группы, и, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Это крупнейшая из четырёх планет земной группы в Солнечной системе, как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля имеет наибольшую плотность, самую сильную поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле среди этих четырёх планет.

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду. Расстояние точек геоида, до точек аппроксимирующего его эллипсоида составляет до 100 метров. Средний диаметр планеты примерно равен 12742 км. Это приблизительно 40000 км/ , так как метр в прошлом определялся, как 1/10000000 расстояния от экватора до северного полюса через Париж (из-за неправильного учёта полюсного сжатия Земли эталон метра 1795 года оказался короче приблизительно на 0,2 мм, отсюда неточность).

Вращение Земли создаёт экваториальную выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем диаметр между полюсами планеты. Высшей точкой твёрдой поверхности Земли является гора Эверест (8848 м над уровнем моря), а глубочайшей - Марианская впадина (11 022 м под уровнем моря). Поэтому, по сравнению с идеальным эллипсоидом, Земля имеет допуск в пределах 0,17% (1/584), что меньше 0,22% - допустимого допуска для бильярдного шара[44]. Из-за выпуклости экватора самой удалённой точкой поверхности от центра Земли фактически является вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре.

Химический состав

Таблица оксидов земной коры Ф.У. Кларка

Соединение

Формула

Процентное содержание

Оксид кремния(II)

SiO2

59,71%

Оксид алюминия

Al2O3

15,41%

Оксид кальция

CaO

4,90%

Оксид магния

MgO

4,36%

Оксид натрия

Na2O

3,55%

Оксид железа(II)

FeO

3,52%

Оксид калия

K2O

2,80%

Оксид железа(III)

Fe2O3

2,63%

Вода

H2O

1,52%

Оксид титана(IV)

TiO2

0,60%

Оксид фосфора(V)

P2O5

0,22%

Итого

99,22%

Масса Земли приблизительно равна 5,98·1024 кг. Общее число атомов, составляющих Землю ?1,33·1050. Она состоит в основном из железа (32,1%), кислорода (30,1%), кремния (15,1%), магния (13,9%), серы (2,9%), никеля (1,8%), кальция (1,5%) и алюминия (1,4%); на остальные элементы приходится 1,2%. Из-за сегрегации по массе внутреннее пространство, предположительно, состоит из железа (88,8%), небольшого количества никеля (5,8%), серы (4,5%).

Геохимик Франк Кларк вычислил, что земная кора чуть более, чем на 47% состоит из кислорода. Наиболее распространённые пород составляющие минералы земной коры практически полностью состоят из оксидов; суммарное содержание хлора, серы и фтора в породах обычно составляет менее 1%. Основными оксидами являются кремнезём (SiO2), глинозём (Al2O3), оксид железа (FeO), окись кальция (CaO), окись магния (MgO), оксид калия (K2O) и оксид натрия (Na2O). Кремнезём служит главным образом кислотной средой, формирует силикаты; природа всех основных вулканических пород связана с ним. Из расчётов, основанных на анализе 1 672 видов пород, Кларк сделал вывод, что 99,22% из них содержат 11 оксидов (таблица справа). Все прочие компоненты встречаются в очень незначительном количестве.

Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя - твёрдая.

Внутренняя теплота планеты, скорее всего, обеспечивается радиоактивным распадом изотопов калия-40, урана-238 и тория-232. У всех трёх изотопов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура, возможно, поднимается до 7000 К, а давление может достигать 360 ГПа (3,6 млн. атм). Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре посредством плюмов. Плюмы приводят к появлению горячих точек и траппов.

3. Земная кора

Земнамя корам - внешняя твёрдая оболочка Земли (геосфера). Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами - она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. Разделяет кору и мантию граница Мохоровича, или сокращённо Мохо, на которой происходит резкое увеличение скоростей сейсмических волн. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы.

Кора есть на Марсе и Венере, Луне и многих спутниках планет-гигантов. На Меркурии, хотя он и принадлежит к планетам земной группы, кора земного типа отсутствует. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической.

Масса земной коры оценивается в 2,8·1019 тонн (из них 21% - океаническая кора и 79% - континентальная). Кора составляет лишь 0,473% общей массы Земли.

4. Океаническая кора

Океаническая кора состоит главным образом из базальтов. Согласно теории тектоники плит, она непрерывно образуется в срединно-океанических хребтах, расходится от них и поглощается в мантию в зонах субдукции. Поэтому океаническая кора относительно молодая, и самые древние её участки датируются поздней юрой.

Толщина океанической коры практически не меняется со временем, поскольку в основном она определяется количеством расплава, выделившегося из материала мантии в зонах срединно-океанических хребтов. До некоторой степени влияние оказывает толщина осадочного слоя на дне океанов. В разных географических областях толщина океанической коры колеблется в пределах 5-7 километров.

В рамках стратификации Земли по механическим свойствам, океаническая кора относится к океанической литосфере. Толщина океанической литосферы, в отличие от коры, зависит в основном от её возраста. В зонах срединно-океанических хребтов астеносфера подходит очень близко к поверхности, и литосферный слой практически полностью отсутствует. По мере удаления от зон срединно-океанических хребтов толщина литосферы сначала растет пропорционально её возрасту, затем скорость роста снижается. В зонах субдукции толщина океанической литосферы достигает наибольших значений, составляя 130-140 километров.

5. Континентальная кора

Континентальная кора имеет трёхслойное строение. Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Большая часть коры сложена под верхней корой - слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов, обладающим низкой плотностью и древней историей. Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались очень давно, около 3 миллиардов лет назад. Ниже находится нижняя кора, состоящая из метаморфических пород - гранулитов и им подобных.

Состав верхней континентальной коры

Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов. Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 25% - на кремний. Всего 18 элементов: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl, P, S, N, Mn, F, Ba - составляют 99,8% массы земной коры.

земля жизнь кора строение

Распространенность элементов

Элемент

Порядковый номер

Содержание, % массы

Молярная масса

Содержание, % кол-во в-ва

O

8

49,13

16

53,52

Si

14

26,0

28,1

16,13

Al

13

7,45

27

4,81

Fe(rum)

26

4,2

55,8

1,31

Ca

20

3,25

40,1

1,41

Na

11

2,4

23

1,82

K

19

2,35

39,1

1,05

Mg

12

2,35

34,3

1,19

H

1

1,00

1

17,43

Ti

22

0,61

47,9

0,222

C

6

0,35

12

0,508

Cl

17

0,2

35,5

0,098

Р

15

0,125

31,0

0,070

S

16

0,1

32,1

0,054

Mn

25

0,1

54,9

0,032

F

9

0,08

19,0

0,073

Ва

56

0,05

137,3

0,006

N

7

0,04

14,0

0,050

Остальные

-

~0,2

-

-

Определение состава верхней континентальной коры стало одной из первых задач, которую взялась решать молодая наука геохимия. Собственно из попыток решения этой задачи и появилась геохимия. Эта задача весьма сложна, поскольку земная кора состоит из множества пород разнообразного состава. Даже в пределах одного геологического тела состав пород может сильно варьировать. В разных районах могут быть распространены совершенно разные типы пород. В свете всего этого и возникла задача определения общего, среднего состава той части земной коры, что выходит на поверхность на континентах. С другой стороны, сразу же возник вопрос о содержательности этого термина.

Первая оценка состава верхней земной коры была сделана Кларком. Кларк был сотрудником геологической службы США и занимался химическим анализом горных пород. После многих лет аналитических работ, он обобщил результаты анализов и рассчитал средний состав пород. Он предположил, что многие тысячи образцов, по сути, случайно отобранных, отражают средний состав земной коры (см. Кларки элементов). Эта работа Кларка вызвала фурор в научном сообществе. Она подверглась жёсткой критике, так как многие исследователи сравнивали такой способ с получением «средней температуры по больнице, включая морг». Другие исследователи считали, что этот метод подходит для такого разнородного объекта, каким является земная кора. Полученный Кларком состав земной коры был близок к граниту.

Следующую попытку определить средний состав земной коры предпринял Виктор Гольдшмидт. Он сделал предположение, что ледник, двигающийся по континентальной коре, соскребает все выходящие на поверхность породы, смешивает их. В результате породы, отлагающиеся в результате ледниковой эрозии, отражают состав средней континентальной коры. Гольдшмидт проанализировал состав ленточных глин, отлагавшихся в Балтийском море во время последнего оледенения. Их состав оказался удивительно близок к среднему составу, полученному Кларком. Совпадение оценок, полученных столь разными методами, стало сильным подтверждением геохимических методов.

Впоследствии определением состава континентальной коры занимались многие исследователи. Широкое научное признание получили оценки Виноградова, Ведеполя, Ронова и Ярошевского.

Некоторые новые попытки определения состава континентальной коры строятся на разделении её на части, сформированные в различных геодинамических обстановках.

Граница между верхней и нижней корой

Для изучения строения земной коры применяются косвенные геохимические и геофизические методы, но непосредственные данные можно получить в результате глубинного бурения. При проведении научного глубинного бурения часто ставится вопрос о природе границы между верхней (гранитной) и нижней (базальтовой) континентальной корой. Для изучения этого вопроса в СССР была пробурена Саатлинская скважина. В районе бурения наблюдалась гравитационная аномалия, которую связывали с выступом фундамента. Но бурение показало, что под скважиной находится интрузивный массив. При бурении Кольской сверхглубокой скважины граница Конрада также не была достигнута. Недавно (2005) в печати обсуждалась возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов [3]

Земная кора - это верхняя часть твёрдой земли. От мантии отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн - границей Мохоровичича. Бывает два типа коры - континентальная и океаническая. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30-50 км на континентах[52]. В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава, плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Кинематику этих движений описывает тектоника плит.

Мантия Земли

У этого термина существуют и другие значения, см. Мантия (значения).

Мамнтия - часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км от земной коры.

Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращённо, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей - от 7 до 8-8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.

В начале 17 века активно обсуждалась природа границы Мохоровичича. Некоторые исследователи предполагали, что там происходит метаморфическая реакция, в результате которой образуются породы с высокой плотностью. В качестве такой реакции предлагалась реакция эклогитизации, в результате которой породы базальтового состава превращаются в эклогит, и их плотность увеличивается на 30%. Другие учёные объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород - от относительно лёгких коровых кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Это точка зрения сейчас является общепризнанной.

Отличие состава земной коры и мантии - следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и лёгкую часть - кору и плотную и тугоплавкую мантию.

6. Источники информации о мантии

Мантия Земли недоступна непосредственному исследованию: она не выходит на земную поверхность и не достигнута глубинным бурением. Поэтому большая часть информации о мантии получена геохимическими и геофизическими методами. Данные же о её геологическом строении очень ограничены.

Мантию изучают по следующим данным:

§ Геофизические данные. В первую очередь данные о скоростях сейсмических волн, электропроводности и силе тяжести.

§ Мантийные расплавы - перидотиты, базальты, коматииты, кимберлиты, лампроиты, карбонатиты и некоторые другие магматические горные породы образуются в результате частичного плавления мантии. Состав расплава является следствием состава плавившихся пород, механизма плавления и физико-химических параметров процесса плавления. В целом, реконструкция источника по расплаву - сложная задача.

§ Фрагменты мантийных пород, выносимые на поверхность мантийными же расплавами - кимберлитами, щелочными базальтами и др. Это ксенолиты, ксенокристы и алмазы. Алмазы занимают среди источников информации о мантии особое место. Именно в алмазах установлены самые глубинные минералы, которые, возможно, происходят даже из нижней мантии. В таком случае эти алмазы представляют собой самые глубокие фрагменты земли, доступные непосредственному изучению.

§ Мантийные породы в составе земной коры. Такие комплексы в наибольшей степени соответствуют мантии, но и отличаются от неё. Самое главное различие - в самом факте их нахождения в составе земной коры, из чего следует, что они образовались в результате не совсем обычных процессов и, возможно, не отражают типичную мантию. Они встречаются в следующих геодинамических обстановках:

1. Альпинотипные гипербазитовые - части мантии, внедрённые в земную кору в результате горообразования. Наиболее распространены в Альпах, от которых и произошло название.

2. Офиолитовые гипербазиты - перидотиты в составе офиолитовых комплексов - частей древней океанической коры.

3. Абиссальные перидотиты - выступы мантийных пород на дне океанов или рифтов.

Эти комплексы имеют то преимущество, что в них можно наблюдать геологические соотношения между различными породами.

Недавно было объявлено, что японские исследователи планируют предпринять попытку пробурить океаническую кору до мантии. Начало бурения планируется на 2007 год. Обсуждалась также возможность проникновения к границе Мохоровича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов.

Основной недостаток полученной из этих фрагментов информации - невозможность установления геологических соотношений между различными типами пород. Это кусочки мозаики. Как сказал классик[кто?], «определение состава мантии по ксенолитам напоминает попытки определения геологического строения гор по галькам, которые из них вынесла речка».

7. Состав мантии

Мантия сложена главным образом ультраосновными породами: перовскитами, перидотитами, (лерцолитами, гарцбургитами, верлитами, пироксенитами), дунитами и в меньшей степени основными породами - эклогитами.

Также среди мантийных пород установлены редкие разновидности пород, не встречающиеся в земной коре. Это различные флогопитовые перидотиты, гроспидиты, карбонатиты.

Содержание основных элементов в мантии Земли в массовых процентах

Элемент

Концентрация

Оксид

Концентрация

O

44,8

Si

21,5

SiO2

46

Mg

22,8

MgO

37,8

Fe

5,8

FeO

7,5

Al

2,2

Al2O3

4,2

Ca

2,3

CaO

3,2

Na

0,3

Na2O

0,4

K

0,03

K2O

0,04

Сумма

99,7

Сумма

99,1

Строение мантии

Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро Земли.

Мантия - это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно перидотитами - породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и др. Частичное плавление мантийных пород порождает базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъёме к поверхности земную кору.

Мантия составляет 67% всей массы Земли и около 83% всего объёма Земли. Она простирается от глубин 5-70 километров ниже границы с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км. Мантия расположена в огромном диапазоне глубин, и с увеличением давления в веществе происходят фазовые переходы, при которых минералы приобретают всё более плотную структуру. Наиболее значительное превращение происходит на глубине 660 километров. Термодинамика этого фазового перехода такова, что мантийное вещество ниже этой границы не может проникнуть через неё, и наоборот. Выше границы 660 километров находится верхняя мантия, а ниже, соответственно, нижняя. Эти две части мантии имеют различный состав и физические свойства. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены, и число прямых данных весьма невелико, можно уверенно утверждать, что её состав со времён формирования Земли изменился значительно меньше, чем верхней мантии, породившей земную кору.

Теплоперенос в мантии происходит путём медленной конвекции, посредством пластической деформации минералов. Скорости движения вещества при мантийной конвекции составляют порядка нескольких сантиметров в год. Эта конвекция приводит в движение литосферные плиты (см. тектоника плит). Конвекция в верхней мантии происходит раздельно. Существуют модели, которые предполагают ещё более сложную структуру конвекции.

8. Ядро Земли

Ядром Землим - центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания - 2900 км. Средний радиус сферы - 3,5 тыс. км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра Земли достигает 5000С, плотность около 12,5 т/м?, давление до 361 ГПа (3,7 млн. атм). Масса ядра - 1,932 1024 кг.

Известно о ядре очень мало - вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами. Образцы вещества ядра недоступны.

Иногда утверждается, что источником магнитного поля Земли является железо ядра. Это заблуждение основано на представлении обывателей о постоянном магните. На самом деле ферромагнитные свойства железа (да и любого металла вообще) пропадают выше точки Кюри. Источником магнитного поля Земли является движущийся проводник - жидкий металл или водород.

Вероятно, одним из первых предположение о существовании внутри Земли области повышенной плотности высказал Генри Кавендиш, который вычислил массу и среднюю плотность Земли и установил, что она значительно больше, чем плотность, характерная для пород, выходящих на земную поверхность.

Существование было доказано в 1897 году немецким сейсмологом Э. Вихертом, а глубина залегания (2900 км) определена в 1910 году американским геофизиком Б. Гутенбергом.

Основоположник геохимии В.М. Гольдшмидт в 1922 году предположил, что ядро образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позже.

Альтернативную гипотезу, что железное ядро возникло ещё в протопланетном облаке, развивали немецкий учёный А. Эйкен (1944), американский учёный Е. Орован и советский учёныйА.П. Виноградов (1960-е-70-е годы).

В 1941 году Кун и Ритман, основываясь на гипотезе идентичности состава Солнца и Земли и на расчетах фазового перехода в водороде, предположили, что земное ядро состоит из металлического водорода. Эта гипотеза не прошла экспериментальную проверку. Эксперименты по ударному сжатию показали, что плотность металлического водорода примерно на порядок меньше, чем плотность ядра. Однако позже эта гипотеза была адаптирована для объяснения строения планет-гигантов - Юпитера, Сатурна и других. Сейчас[когда?] предполагается, что магнитное поле таких планет возникает именно в металлическом водородном ядре.

Кроме того В.Н. Лодочников и У. Рамзай предположили, что нижняя мантия и ядро имеют одинаковый химический состав - на границе ядро-мантия при 1.36 Мбар мантийные силикаты переходят в жидкую металлическую фазу (металлизованное силикатное ядро).

Состав ядра непосредственно неизвестен, и может быть предположительно оценён из нескольких источников. Во-первых, видимо, наиболее близкими веществу ядра образцами являются железные метеориты, которые, представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах.

С другой стороны, из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 10% меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.

Наконец, состав ядра можно оценить, исходя из геохимических соображений. Если каким-либо образом рассчитать первичный состав Земли и вычислить, какая доля элементов находится в других геосферах, то тем самым можно построить оценки состава ядра. Большую помощь в таких вычислениях оказывают высокотемпературные и высокобарические эксперименты по распределению элементов между расплавленным железом и силикатными фазами.

О.Г. Сорохтин предложил гипотезу о составе внешнего ядра из так называемого «ядерного вещества», не существующего при нормальных условиях. «Ядерное вещество» представляет собой оксид одновалентного железа Fe2O. При давлении 250-300 ГПа «ядерное вещество» разлагается на железо и кислород, поэтому внутреннее ядро, давление в котором превышает упомянутое значение, состоит из железа с примесью никеля. По мнению Сорохтина, со временем оксиды железа из мантии Земли под действием силы тяжести опускаются в ядро, превращаясь в «ядерное вещество». При этом выделяется кислород, причём по мере уменьшения количества оксидов железа в мантии его выделяется всё больше. Часть этого кислорода поступает в атмосферу. До начала фанерозоя кислорода образовывалось крайне мало, затем увеличение его концентрации в атмосфере вызвало резкий всплеск развития жизни на Земле («кембрийский взрыв»). Но именно ещё большее увеличение парциального давления кислорода в атмосфере Земли через 500-600 миллионов лет (до значения порядка 0,5 МПа) вызовет глобальное потепление и вымирание всех живых организмов, а затем и полное выкипание океана задолго до превращения Солнца в красный гигант.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • История развития и основные принципы радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Глобальная навигационная спутниковая система. Виды земной коры. Гипотезы тектоники плит. Точная временная привязка и коррекция ошибок. Система глобального позиционирования.

    реферат [113,8 K], добавлен 10.02.2014

  • Предмет физики Земли. Геофизические поля. Методы исследований, предназначенных для наблюдений в атмосфере, на земной поверхности, в скважинах и шахтах, на поверхности и в глубине водоёмов. Общие сведения о Земле. Глобальные и промежуточные границы.

    презентация [4,6 M], добавлен 24.10.2013

  • Эффективное излучение, радиационный и тепловой баланс земной поверхности. Закономерности распространения тепла вглубь почвы. Пожарная опасность леса. Расчет температуры поверхности различных фоновых образований на основе радиационного баланса Земли.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 01.03.2013

  • Основные характеристики и механизм возникновения магнитного центра Земли. Понятие энергии геодинамо. Рассмотрение природы вращения Земли. Интегральный электромагнитогидродинамический и термический эффект. Причины возникновения циклонов, тайфунов, торнадо.

    дипломная работа [2,3 M], добавлен 19.03.2012

  • Работы Эрнеста Резерфорда. Планетарная модель атома. Открытие альфа- и бета-излучения, короткоживущего изотопа радона и образования новых химических элементов при распаде тяжелых химических радиоактивных элементов. Воздействие радиации на опухоли.

    презентация [520,3 K], добавлен 18.05.2011

  • Характеристика диапазонов радиоволн. Электродинамические свойства земной поверхности и атмосферы Земли. Отличие распространения длинных, средних и коротких волн. Распространение радиоволн в пределах прямой видимости над шероховатой поверхностью Земли.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 02.10.2013

  • Состав, классификация углей. Золошлаковые продукты и их состав. Содержание элементов в ЗШМ кузнецких энергетических углей. Структура и строение углей. Структурная единица макромолекулы. Необходимость, методы глубокой деминерализации энергетических углей.

    реферат [3,9 M], добавлен 05.02.2011

  • Планетарная модель атома Резерфорда. Состав и характеристика атомного ядра. Масса и энергия связи ядра. Энергия связи нуклонов в ядре. Взаимодействие между заряженными частицами. Большой адронный коллайдер. Положения теории физики элементарных частиц.

    курсовая работа [140,4 K], добавлен 25.04.2015

  • Газовый цикл и его четыре процесса, определяемые по показателю политропы. Параметры для основных точек цикла, расчет промежуточных точек. Расчет постоянной теплоемкости газа. Процесс политропный, изохорный, адиабатный, изохорный. Молярная масса газа.

    контрольная работа [170,3 K], добавлен 13.09.2010

  • Задачи и их решения по теме: процессы истечения водяного пара. Дросселирование пара под определенным давлением. Прямой цикл – цикл теплового двигателя. Нагревание и охлаждение. Паротурбинные установки. Холодильные циклы. Эффективность цикла Ренкина.

    реферат [176,7 K], добавлен 25.01.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.