Доклад: Земля

некоторыми отличиями: у Луны маленькое ядро; у Меркурия очень большое ядро

относительно диаметра планеты; мантии Марса и Луны намного более толстые; у

Луны и Меркурия нет отчетливой с химической точки зрения коры; Земля -

единственная планета с отчетливо определяемым внутренним и внешним ядром.

Обратите внимание, однако, что наши знания относительно внутреннего строения

планет носят теоретический характер даже для Земли.

Земля - самое плотное тело Солнечной системы.

Земная поверхность очень молода. В относительно короткий (по астрономическим

стандартам) период в 500 000 000 лет эрозия и тектонические процессы

разрушили и создали заново большую часть поверхности Земли, уничтожив тем

самым почти все следы ранней геологической поверхностни (типа кратеров,

появившихся в результате столкновений). Возраст Земли - от 4.5 до 4.6

миллиардов лет, а возраст самых старых известных камней - приблизительно 4

миллиарда лет. Самые старые окаменелости живых организмов имеют возраст

меньше чем 3.9 миллиардов лет.

На 71% Земная поверхность покрыта водой. Земля - единственая планета, на

которой вода может существовать в жидком виде на поверхности (хотя, возможно,

на поверхности Титана есть жидкий этан или метан и жидкая вода под

поверхностью Европы - спутника Юпитера). Жидкая вода, как мы знаем,

необходима для жизни. Способность океанов сохранять тепло также очень важна в

поддержании относительно устойчивой температуры Земли. Жидкая вода также

ответственна за эрозию и выветривание континентов Земли - процесс, уникальный

в солнечной системе сегодня (хотя, возможно, это произошло в прошлом на

Марсе).

Aтмосферу Земли составляет азот - на 77 %, кислород - 21 % со следами аргона,

двуокиси углерода и воды. Когда Земля только формировалась, в ее атмосфере,

возможно, было очень большее количество двуокиси углерода, но к нынешнему

времени большая его часть уже входит в состав карбонатных горных пород,

немного меньший его объем содержится в растворенном виде в океанах и

остальная часть использовалась и используется растениями для жизни. Очень

малое количество присутствующей сейчас в атмосфере двуокиси углерода

чрезвычайно важно для поддержания поверхностной температуры Земли через

парниковый эффект. Парниковый эффект поднимает среднюю поверхностную

температуру приблизительно на 35° C выше той температуры, которая была бы без

него; океаны были бы заморожены и жизнь была бы невозможна.

Присутствие свободного кислорода совершенно замечательно с химической точки

зрения. Кислород в атмосфере Земли производится и поддерживается

биологическими процессами. Без жизни не было бы в атмосфере и свободного

кислорода.

Взаимодействие Земли и Луны замедляет вращение Земли примерно на 2

миллисекунды в столетие. Исследования показывают, что 900 миллионов лет назад

год состоял из 481 18-часового дня.

У Земли умеренное магнитное поле, производимое электрическими токами в ядре.

Взаимодействие солнечного ветра, магнитного поля Земли и верхних слоев

атмосферы Земли вызывает полярные сияния. Нарушения в этих явлениях

заставляют магнитные полюса перемещаться относительно поверхности Земли;

северный магнитный полюс в настоящее время находится в северной Канаде.

Магнитное поле Земли и его взаимодействие с солнечным ветром также производит

радиационные пояса Ван Аллена - пару колец ионизированного газа (или плазмы).

Внешний пояс простирается на высоте от 19 000 км до 41 000 км; внутренний

пояс располагается на высоте от 7 000 км до 13 000 км.

У Земли только один естественный спутник - Луна, но на орбиту Земли были

выведены еще тысячи малых искусственных. Астероид 3753 (1986 ТО) имеет сложную

орбитальную связь с Землей; он не является нашей луной, его называют термином

"компаньон"

Химия Земли

Что наиболее важно для геологов, исследующих нашу планету? Конечно, знание

самых общих законов, определяющих поведение вещества как на поверхности, в

земной коре, так и в глубинах земного шара. Геолог не может искать вслепую. Он

заранее должен знать, где он может найти железо, где - уран, где - фосфор,

углерод (алмазы) и т. д. Он должен знать, какие элементы сопутствуют друг другу

в земной коре, должен знать законы образования совместных месторождений

различных элементов.

Периодический закон является основой самых важных, самых широких

геохимических обобщений, которыми руководствуются геологи в своих поисках

новых месторождений того или иного элемента. В самых сложных, самых

грандиозных химических процессах, протекавших в течение сотен миллионов лет в

земной коре и продолжающихся в наши дни, сходные по своему положению в

периодической системе элементы обладают сходной геохимической судьбой. Это

позволяет геохимикам проследить их движение в земной коре и выяснить законы,

управляющие их распространением на поверхности земного шара.

Геологи знают, например, где они должны искать очень важные и нужные для

современной техники металлы осмий и иридий. Они находятся в земной коре

всегда вместе с платиной, так же как в периодической таблице Менделеева они

стоят вместе, в восьмой группе.

Мы уже знаем, что кобальт и никель сопутствуют в своих месторождениях железу

и вместе с ним находятся в таблице.

Геохимическое поведение различных элементов определяется прежде всего

строением внешних электронных оболочек их атомов. Те из них, которые обладают

законченными внешними электронными оболочками, - благородные газы, не

вступающие в химические соединения,- существуют только в земной атмосфере.

Даже гелий и радон, образовавшиеся при распаде радиоактивных элементов, не

только остаются плененными в горных породах, но и непрерывно поступают в

атмосферу.

Элементы, расположенные в коротких периодах и в начале и в конце каждого из

длинных периодов таблицы, образуют основную толщу земной коры. Это из них

состоит основная масса силикатных горных пород. Элементы, стоящие в

периодической системе в середине длинных периодов, образуют рудные, чаще

всего сульфидные, месторождения. Многие из этих элементов встречаются и в

самородном состоянии.

Периодическая система элементов помогает геохимику устанавливать общие

закономерности во взаимном сосуществовании различных элементов в горных породах

и рудах. Она дает возможность геологу находить в толще земной коры

месторождения полезных ископаемых.

Появление и развитие жизни на Земле - это уникальное явление во всей

Солнечной системе. Но оно не случайно, а было подготовлено сочетанием ряда

благоприятных условий. Прежде всего для зарождения жизни должен был

сформироваться сложный комплекс активно взаимодействующих природных

компонентов, которые в течение чрезвычайно длительного времени в относительно

стабильных гидротермальных условиях испытали строго направленную эволюцию.

Эволюция Земли делится на раннюю историю и геологическую историю. Под ранней

историей подразумевается катархей. Под геологической же историей понимается все

остальное время, от архея до современной эпохи. Временная граница между двумя

главными интервалами в истории Земли точно не установлена. Но предположительно

она намечается на рубеже от 3,5 до 3,8-3,9 млрд. лет назад. Ранняя история и

геологическая история - существенно различные этапы жизни нашей планеты. Если в

раннюю историю Земля развивалась так же, как и остальные планеты - Луна,

Меркурий, Марс и Венера, - т. е. в очень медленном темпе, то путь развития

Земли в геологическое время характеризуется необыкновенно быстрой эволюцией ее

внешней области и земной коры. Все же другие планеты продолжают пребывать и в

настоящую эпоху как бы в догеологическом прошлом. Геологическая история.

Геологическое время эволюции Земли это принципиально новый период развития

нашей планеты в целом, особенно ее коры и природной среды.

Как только температура опустилась ниже 100° С, состояние воды, которая

находилась в атмосфере в виде горячего пара, изменилось. Водяные пары

атмосферы, а в них была сосредоточена практически вся гидросфера Земли, почти

целиком превратились в жидкость, наиболее активное состояние воды по

сравнению с ее газовой и твердой фазами. Сухая до того времени Земля стала

необычайно обводненной. Сформировались поверхностный и грунтовый стоки,

возникли водоемы, и, наконец, океаны. Начался круговорот воды в природе.

На заре геологической истории существовали обширные водоемы - моря и, вероятно,

какие-то первоначальные океаны. В 1973 г. геологи Оксфордского университета

обнаружили в юго-западной части Гренландии бурый железняк возрастом 3,76 млрд.

лет (± 70 млн. лет). Бурый железняк - осадочная порода, сформировавшаяся в

водном бассейне. Еще раньше те же геологи вместе с сотрудниками Управления

геологической съемки Гренландии обнаружили в 1971 г. метаморфизованные

осадочные породы возрастом 3,98 млрд. лет. Факт обнаружения осадочных пород

такого древнего возраста трудно переоценить. Это означает, что временной рубеж

между ранней и геологической историей проходит где-то около 4 млрд. лет назад.

Следовательно, на всю раннюю историю Земли остается всего 0,6 млрд. лет. Если

помимо внешней сферы Земли расплавлялась и центральная область, то на планете

могли образоваться океаны, близкие по объему современным. После охлаждения

земной поверхности до температуры ниже 100° С на ней образовалась огромная

масса жидкой воды, которая представляла собой не простое скопление неподвижных

вод, а находящихся в активном глобальном круговороте. Несмотря на эволюцию

этого круговорота в ходе времени, основные особенности его сохранились

неизменными. В структурном отношении круговорот, как и в настоящее время,

распадался на звенья: атмосферное (испарение, перенос влаги, осадки),

литосферное (поверхностный и подземный стоки) и океаническое. В процессе

функционирования круговорота воды в природе происходит поглощение солнечной

энергии и распределение ее по земному шару. Вода благодаря своей необычайной

подвижности и химической активности вступает во взаимодействие с природными

компонентами, способствуя их взаимосвязям, чем и обеспечивает формирование того

глобального природного комплекса, который в настоящее время называется