Последовательность образования оболочек земли


Форма нашей планеты – сфероид или шар, сплюснутый с полюсов и имеющий длину экватора около 40000 километров. Географические оболочки Земли – это системы планеты, где все компоненты внутри взаимосвязаны и определены друг относительно друга. Выделяют четыре типа оболочек – атмосферу, литосферу, гидросферу и биосферу. Агрегатные состояния веществ в них встречаются всех типов – жидкие, твердые и газообразные.

Оболочки Земли: атмосфера

Атмосфера является внешней оболочкой. В ее состав вошли разные газы:

  • азот – 78,08%;
  • кислород – 20,95%;
  • аргон – 0,93%;
  • углекислый газ – 0,03%.

Помимо них встречаются озон, гелий, водород, инертные газы, но их доля в общем объеме составляет не более 0,01%. В состав этой оболочки Земли также входит пыль и водяной пар.

Атмосфера, в свою очередь, делится на 5 слоев:

  • тропосфера – высота от 8 до 12 км, характерно присутствие водяного пара, формирование осадков, движение воздушных масс;

  • стратосфера – 8-55 км, содержит озоновый слой, поглощающий УФ-излучение;
  • мезосфера – 55-80 км, низкая по сравнению с нижней тропосферой плотность воздуха;
  • ионосфера – 80-1000 км, в состав входят ионизированные атомы кислорода, свободные электроны и другие заряженные молекулы газов;
  • верхняя атмосфера (сфера рассеяния) – более 1000 км, молекулы двигаются с огромными скоростями и могут проникать в космос.

Атмосфера поддерживает жизнь на планете, поскольку она способствует сохранению тепла на Земле. Также она не допускает проникновения прямых солнечных лучей. А ее осадки повлияли на почвообразовательный процесс и формирование климата.

Оболочки Земли: литосфера

Это твердая оболочка, слагающая земную кору. В состав земного шара входят несколько концентрических слоев с разной толщиной и плотностью. Также они имеют неоднородный состав. Усредненное значение плотности Земли – 5,52 г/см3, а в верхних слоях – 2,7. Это свидетельствует о том, что внутри планеты находятся более тяжелые вещества, нежели на поверхности.

Верхние литосферные слои имеют мощность 60-120 км. В них преобладают магматические горные породы – гранит, гнейс, базальт. Большинство из них в течение миллионов лет подвергалось процессам разрушения, воздействию давления, температур и превратилось в рыхлые породы – песок, глина, лёсс и т.д.

До 1200 км находится так называемая сигматическая оболочка. Основными слагающими ее веществами являются магний и кремний.

На глубинах 1200-2900 км находится оболочка, получившая название средняя полуметаллическая или рудная. В основном здесь содержатся металлы, в частности железо.

Ниже 2900 км располагается центральная часть Земли.

Гидросфера


Состав этой оболочки Земли представлен всеми водами планеты, будь то океаны, моря, реки, озера, болота, грунтовые воды. Располагается гидросфера на поверхности Земли и занимает 70% всей площади – 361 млн. км2.

В океане сосредоточено 1375 млн. км3 воды, на поверхности суши и в ледниках – 25, в озерах – 0,25. По мнению академика Вернадского, большие запасы воды находятся в толще земной коры.

На поверхности суши воды задействованы в непрерывном водообмене. Испарение происходит в основном с поверхности океана, где вода – соленая. За счет процесса конденсации в атмосфере суша обеспечивается пресной водой.

Биосфера

Структура, состав и энергия этой оболочки Земли обусловливаются процессами деятельности живых организмов. Биосферные границы – поверхность суши, почвенный слой, нижняя атмосфера и вся гидросфера.

Растения распределяют и накапливают энергию Солнца в виде различных органических веществ. Живые организмы осуществляют миграционный процесс химических веществ в почве, атмосфере, гидросфере, осадочных породах. Благодаря животным в этих оболочках происходят газообмен, окислительно-восстановительные реакции. Атмосфера является также результатом деятельности живых организмов.


Оболочка представлена биогеоценозами, которые являются генетически однородными участками Земли с одним типом растительного покрова и населяющими животными. Биогеоценозы имеют свойственные для них почвы, рельеф и микроклимат.

Все оболочки Земли находятся в тесном непрерывном взаимодействии, которое выражается как обмен веществами и энергией. Исследования в области этого взаимодействия и выявление общих из принципов важно для познания почвообразовательного процесса. Географические оболочки Земли – уникальные системы, характерные только для нашей планеты.

Источник: www.syl.ru

Литосфера — твердая оболочка Земли

Последовательность образования оболочек земли

Литосфера, иногда называемая геосферой, относится ко всем горным породам Земли. Она включает земную кору и верхнюю часть мантии. Выше, литосфера ограничена атмосферой, а ниже — астеносферой (слоем в верхней мантии Земли). Валуны горы Эверест, песок на пляжах Майами и лава, извергающаяся с горы Килауэа на Гавайях, являются примерами компонентов литосферы.


Литосфера является самой твердой сферой нашей планеты. Ее фактическая толщина может варьироваться от примерно 40 км до 280 км. Литосфера заканчивается в момент, когда минералы земной коры становятся вязкими и жидкими. Точная глубина, при которой это происходит, зависит от химического состава горной породы, а также от температуры и давления.

Существует два типа литосферы: океаническая литосфера и континентальная литосфера. Океаническая связана с океанической корой и немного плотнее континентальной литосферы. Континентальная литосфера, связанная с континентальной корой, может быть намного толще, чем океаническая, простираясь на 200 км ниже поверхности Земли.

Наиболее известной особенностью, связанной с литосферой Земли, является тектоническая активность, которая описывает взаимодействие огромных плит литосферы, называемых тектоническими плитами.

Литосфера разделена на тектонические плиты, которые соединяются между собой как зазубренная головоломка. Эти плиты не имеют постоянного расположения; они медленно двигаются. Большая часть тектонической активности происходит на границах этих плит, где они могут сталкиваться, разрываться или пододвигаться друг под друга. Движение тектонических плит стало возможным благодаря тепловой энергии от мантийной части литосферы. Тепловая энергия делает твердую литосферу более эластичной.

Тектоническая активность отвечает за некоторые из самых драматических геологических событий Земли: землетрясения, вулканы, орогенез (горообразование) и глубокие океанические впадины, которые образовались в результате тектонической активности в литосфере.

Гидросфера — водная оболочка Земли


Последовательность образования оболочек земли

Гидросфера — водная оболочка, включающая всю воду на нашей планете. К ней относится вода, которая находится на поверхности планеты, под землей и в воздухе. Гидросфера планеты может быть жидкостью, паром или льдом.

На Земле жидкая вода существует на поверхности в виде океанов, озер и рек. Под землей она встречается в колодцах и водоносных горизонтах, а также как грунтовые воды. Водяной пар наиболее заметен в виде облаков и тумана.

Замерзшая часть гидросферы Земли состоит из льда: ледников, ледяных вершин и айсбергов, и имеет свое название — криосфера.

Вода проходит через гидросферу благодаря циклическому перемещению. Она накапливается в облаках, затем падает на Землю в виде дождя или снега. Эта вода собирается в реках, озерах и океанах. Затем она испаряется в атмосферу, чтобы снова начать цикл. Этот процесс называется гидрологическим циклом.

По оценкам ученых, на нашей планете есть более 1386 млн. км³ воды.

В океанах содержится более 97 % запасов воды на Земле. Остальная часть приходится на пресную воду, две трети которой находится в замерзшем состоянии в полярных регионах планеты и на снежных вершинах гор. Интересно отметить, что, хотя вода покрывает большую часть поверхности планеты, она составляет всего 0,023 % общей массы Земли.

Биосфера — живая оболочка Земли


Последовательность образования оболочек земли

Биосфера состоит из частей Земли, где существует жизнь. Она простирается от самых глубоких корневых систем деревьев, до глубоководных океанических желобов, от пышных тропических лесов до высоких горных вершин.

Поскольку жизнь существует на суше, в воздухе и в воде, биосфера перекрывает все эти сферы. Хотя биосфера имеет высоту около 20 километров, почти вся жизнь сосредоточена примерно от 500 м ниже поверхности океана до 6 км над уровнем моря.

Биосфера существует около 3,5 миллиардов лет. Самые ранние жизненные формы биосферы, называемые прокариотами, выживали без кислорода. Древние прокариоты включали одноклеточные организмы, такие как бактерии и археи.

Биосферу иногда считают одной большой экосистемой — сложным сообществом живых и неживых компонентов, функционирующих как единое целое. Однако чаще всего биосфера описывается как совокупность множества экологических систем.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли

Последовательность образования оболочек земли


Атмосфера — это совокупность газов, окружающих нашу планету, удерживаемых на месте земной гравитацией. Большая часть нашей атмосферы находится вблизи земной поверхности, где она наиболее плотная. Воздух Земли на 79 % состоит из азота и чуть менее 21 % — из кислорода, а также аргона, двуокиси углерода и других газов. Водяной пар и пыль также являются частью атмосферы Земли. Другие планеты и Луна обладают очень разными атмосферами, а некоторые вообще не имеют таковой. В космосе нет атмосферы.

Атмосфера настолько распространена, что она почти незаметна, но ее вес равен слою воды глубиной более 10 метров, которая покрывает всю нашу планету. Нижние 30 километров атмосферы содержат около 98 % всей ее массы.

Ученые утверждают, что многие из газов в нашей атмосфере были выброшены в воздух ранними вулканами. В то время вокруг Земли было мало или вообще не было свободного кислорода. Свободный кислород состоит из молекул кислорода, не связанных с другим элементом, таким как углерод (с образованием углекислого газа) или водород (с образованием воды).

Свободный кислород, возможно, был добавлен в атмосферу примитивными организмами, вероятно бактериями, во время фотосинтеза. Позднее более сложные формы растительной жизни добавили больше кислорода в атмосферу. Кислороду в сегодняшней атмосфере, вероятно, потребовалось миллионы лет чтобы накопиться.

Атмосфера действует как гигантский фильтр, поглощая большую часть ультрафиолетового излучения и позволяя проникать солнечным лучам. Ультрафиолетовое излучение вредно для живых существ, и может вызвать ожоги. Тем не менее солнечная энергия необходима для всей жизни на Земле.


Атмосфера Земли имеет слоистую структуру. От поверхности планеты к небу идут следующие слои: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Другой слой, называемый ионосферой, простирается от мезосферы до экзосферы. Вне экзосферы находится космос. Границы между атмосферными слоями четко не определены и изменяются в зависимости от широты и времени года.

Взаимосвязь оболочек Земли

Все четыре сферы могут присутствовать в одном месте. Например, кусок почвы будет содержать минералы из литосферы. Кроме того, будут присутствовать элементы гидросферы, представляющие собой влагу в почве, биосферы как насекомых и растений и даже атмосферы в виде почвенного воздуха.

Все сферы взаимосвязаны и зависят друг от друга, как единый организм. Изменения в одной сфере приведут к изменениям в другой. Поэтому все, что мы делаем на нашей планете, влияет на другие процессы в ее пределах (даже если мы не можем этого увидеть своими глазами).

Для людей, занимающихся проблемами окружающей среды, очень важно понимать взаимосвязь всех оболочек Земли.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info


Вспоминаем

1. Какие планеты составляют Солнечную систему?

Солнечную систему составляют Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

2. Какую форму имеют планеты Солнечной системы?

Планеты Солнечной системы имеют шарообразную форму.

Повторим свои знания

1. Как образовалась Солнечная система?

Современные ученые считают, что Солнце и планеты возникли из части гигантского межзвездного облака, состоящего из пыли и газов.

2. Используя материал параграфа, восстановите последовательность образования оболочек Земли.

Сначала образовалась литосфера, потом – гидросфера, биосфера и атмосфера соответственно.

3. Какие основные слои выделяют во внутреннем строении Земли?

Во внутреннем старении Земли выделяют земную кору, мантию и ядро.

4. Благодаря каким условиям на Земле существует жизнь?

Благодаря наличию воздушной оболочки Земля оказалась защищенной от сильного солнечного излучения, резкого перепада температур, «бомбардировки» метеоритами. Планета Земля — единственная планета Солнечной системы, на которой существует оболочка жизни.

5. Вы получили приглашение во время каникул принять участие в экспедициях. Одна экспедиция будет работать в районе экватора, а другая — на Северном полюсе. Какая из экспедиций будет работать ближе к центру Земли?


Ближе к центру Земли будет работать та экспедиция, что находится на Северном полюсе, потому что Земля немного сплющена у полюсов. Это значит, что расстояние до центра Земли на полюсах будет меньше, чем на экваторе.

Подготовьте сообщение на тему «Легенды и мифы о сотворении мира».

У древних славян было много легенд о том, откуда произошел мир и все, его населяющие. Сотворение мира началось с заполнения его Любовью. У карпатских славян есть сказание, согласно которому мир был создан двумя голубями, которые сидели на дубе среди моря и думали, «как свет основать». Решили спуститься на дно морское, взять мелкого песку, посеять его, а с него пошла бы «черная землица, студена водица, зелена трава».

А с золотого камня, который тоже добыт на дне морском, — пошло бы «синее небо, светлое солнце, ясен месяц и все звезды». Согласно одному из мифов, изначально мир был окутан тьмой. Там находился лишь прародитель всего сущего — Род. Он был заключен в яйце, но сумел породить Ладу (Любовь), и ее силой разрушил скорлупу. Сотворение мира началось с заполнения его Любовью. Род создал царство небесное, а под ним — поднебесное, отделил Океан от вод небесных твердью. Затем Род разделил Свет и Тьму и родил Землю, которая погрузилась в темную бездну Океана. Из лица Рода вышло Солнце, из груди — Луна, из очей — звезды.

Из дыхания Рода появились ветра, из слез — дождь, снег и град. Голос его стал громом и молнией. Затем Род родил Сварога и вдохнул в него могучий дух. Именно Сварог устроил смену дня и ночи, а также создал землю — помял в руках горстку земли, которая затем упала в море. Солнце обогрело Землю, и запеклась на ней корочка, а Луна остудила поверхность. По другому сказанию, мир появился в результате сражения героя со змеем, который сторожил золотое яйцо. Богатырь убил змея, расколол яйцо, а из него вышли три царства: небесное, земное и подземное.

Есть и такая легенда: в начале не было ничего, кроме безбрежного моря. Утка, пролетая над морской гладью, уронила яйцо в водную пучину, оно раскололось, из нижней части его вышла «мать-сыра земля», а из верхней — «встал высокий свод небесный».

Источник: resheba.me

От Пангеи до Пангеи

Современные астрофизические данные говорят о том, что формирование Земли происходило по механизму горячей аккреции. В результате нагрева от падающих планетных зародышей и распада короткоживущих изотопов молодая планета была горячей, разогретой до достаточно высоких температур. В процессе эволюции Земля остывала – уменьшался средний тепловой поток и средняя температура мантии. Современная температура на границе верхней и нижней мантий составляет 2000—2100 °С, а в конце архея — начале протерозоя (2,6—2,7 млрд. лет назад) достигала 2400 °С. Затем это тепло рассеивалось в виде излучения в окружающее космическое пространство, запас тепловой энергии в недрах уменьшался.

Конвекционные процессы в мантии Земли приводят в движение литосферные плиты. Благодаря этому с определенной периодичностью происходит сборка и распад суперконтинентов. На рисунке приведена схематическая карта последнего из суперконтинентов – Пангеи

Данные о температуре и тепловом потоке из мантии позволяют оценить интенсивность конвекции в нижней мантии. Происходившие при остывании Земли изменения теплового потока даже при практически постоянном температурном перепаде между верхней и нижней мантиями, по современным оценкам, могут приводить к существенным, на 2—3 порядка, изменениям вязкости магмы и числа Рэлея, характеризующего конвективные процессы. В архее из-за высоких значений теплового потока конвекция в нижней мантии была гораздо более интенсивной и близка к конвекции в современной астеносфере, восходящие потоки могли затрагивать и всю мантию в целом, и приводить к общемантийной конвекции, а в итоге – к «тектонике малых плит».

РОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТ

Изменения в режимах конвекции, и соответственно, в тектонике плит, приводили к сборке и распаду суперконтинентов. Этот процесс имел периодический характер. Наиболее крупный цикл (600—700 млн лет) можно установить прежде всего по периодам от «Пангеи до Пангеи» и максимумам изотопных датировок геологических пород. Достоверно установлена пермская Пангея IV, «собирание» которой достигло максимума в конце девона — начале карбона, 360 млн лет назад. Распад Пангеи IV начался в триасе около 230 млн лет назад. Cуперконтинент III – Родиния – существовал в интервале 1100—920 млн лет. Предшествующий супер­континент II, называемый Карелий (или Колумбий), существовал около 1800—1650 млн лет. Доказательство существования Суперконтинента I пока еще весьма проблематично, интервал между ярко выраженными максимумами 2680 и 1880 млн лет равен 800 млн лет. Таким образом, оценки варьируют от 690 (645) до 800 млн лет, условно можно принять интервал от Пангеи до Пангеи 700 млн лет.

Непрерывное остывание Земли приводило к перестройке режимов конвекции в мантии. Удивительно то, что приблизительно экспоненциальное падение теплового потока из недр имело следствием хорошо прослеживающуюся периодичность формирования супер­континентов, а следовательно, изменения в конвекции при этом носили так же периодический характер.

Сначала Земля была без Луны…

История Земли как планеты началась 4,55—4,44 млрд лет назад. Длительность первоначального роста и выделения железного ядра решающим образом зависела от динамической вязкости мантии, которая могла изменяться во время аккреции на два-три порядка. Поэтому оценки длительности этого этапа отличаются также на два порядка – от 10 млн лет до 1 млрд лет. Уточнить временные рамки позволили измерения содержания элементов гафния и вольфрама в земных и лунных породах, из которых следует, что земное ядро формировалось практически одновременно с ростом планеты, а именно – в первые 30—50 млн лет ее существования.

Истории образования Земли и ее состояния после аккреции сильно зависит от механизма формирования Луны. Согласно гипотезе мегаимпакта, Луна образовалась примерно 4,48 млрд лет назад в результате удара гипотетической планеты размером с Марс о практически уже сформировавшуюся Землю. К этому времени верхняя оболочка Земли представляла магматический океан глубиной 600—1000 км с тонкой, до 10 км, базальтовой корой, регулярно взламываемой метеоритами. В результате удара часть коры и мантии Земли и столк­нувшегося с ней тела были выброшены на околоземную орбиту, и из них впоследствии сформировалась Луна. Однако, по мнению некоторых исследователей, гипотеза мегаимпакта маловероятна, так как сильный удар массивного небесного тела должен был привести к эксцентриситету орбиты Земли, на порядок превышающему современный.

Так, по представлению художника Николая Ковалева, выглядела Земля в начале своей геологической истории

Согласно другой гипотезе, Луна могла образоваться за счет серии более мелких импактов тел, размером сопоставимых с ней самой. В этой модели Земля могла обладать небольшим по мощности (< 300 км) магматическим океаном. Но и в этом случае, как и в случае одного большого удара, трудно объяснить сохранение выброшенного материала на околоземной орбите и вторичную аккрецию из него Луны.

Наконец, серьезные геохимические и космохимические обоснования имеет гипотеза одновременного образования Земли и Луны в виде двойной планеты.

Все эти три гипотезы различаются по степени возможного возмущения состояния Земли. Мегаимпакт мог привести к наибольшим возмущениям в составе мантии, высокой степени дифференциации во внутреннем строении Земли и ее температуры. Гипотеза одновременного образования Земли и Луны наоборот, предполагает невозмущенное развитие процессов внутренней эволюции обоих небесных тел.

ГАФНИЙ И ВОЛЬФРАМ – МЕТКИ ВРЕМЕНИ

Главным образом за счет падения комет к концу этапа аккреции была создана горячая атмосфера, состоявшая в основном из водорода и метана. В пересчете на воду ее масса могла составлять от 2 до 10 масс современной гидросферы. Но к рубежу 4,4 млрд лет ранняя атмосфера была потеряна за счет интенсивной диссипации водорода в космос, и началось ее окисление. Окисление атмосферы, поверхности Земли, а затем коры и верхней мантии продолжалось и в последующие этапы.

Хадей – юная Земля, океаны без жизни

Интервал от конца аккреции, 4,44 млрд лет, до 3,9 млрд лет носит название Хадей, или догеологическая стадия, поскольку геологическая летопись этого периода практически не сохранилась. В это время происходило наиболее интенсивное остывание планеты, исчезновение магматического океана, существовавшего в объеме, близком к верхней мантии, и разделение мантии на верхнюю и нижнюю. Начала формироваться кора, в том числе континентального типа, образовался Мировой океан на поверхности. Свидетельством существования в это время континентальной коры и океана считаются окатанные (что свидетельствует о наличии воды в жидком состоянии) цирконы с возрастом 4,0—4,2 млрд лет, а также отдельные цирконы, датируемые временем 4,4 млрд лет, выделенные из более молодых осадочных пород. В этих цирконах в некоторых случаях были найдены микровключения алмазов, для которых микроструктура и распределения тория и ванадия сходны с импактными алмазами на Луне. Этот факт говорит об их происхождении в результате интенсивной бомбардировки крупными метеоритами поверхности Земли.

В процессе эволюции планеты изменялось ее внутреннее строение. Мантия разделилась на два резервуара, различающихся режимами и характером конвекции. Оформилось ядро, в нем выделилась твердая часть; появились твердые силикатные слои – кора и антикора, а также твердый слой толщиной до 100 километров, отделяющий нижнюю мантию от жидкого ядра

Время существования магматического океана и его глубина, как указано выше, зависит от механизма образования Луны и интенсивности метеоритной бомбардировки и колеблется в значительных пределах, но после 4,0 млрд лет наличие магматического океана маловероятно. Тем не менее, B. C. Шкодзинский (2009) считает формирование магматического океана мощно­стью до 1000 км важнейшим событием в истории Земли и допускает наличие реликтов этого океана довольно длительное время (см. статью В. С. Шкодзинского в этом выпуске журнала на стр. 12).

Алмазный рубеж

В течение архея, 3,9—2,7 млрд лет назад, остывание мантии и ядра продолжалось, из-за чего появилось внутреннее ядро Земли и заметно, в 1,5—2 раза, усилилась напряженность магнитного поля. Отражением остывания верхних оболочек явилось массовое образование алмазов — 90 % древних алмазов, выносимых кимберлитами, появилось в интервале 3,2—2,9 млрд лет. Это связано, во-первых, с утолщением литосферы и, как следствие, возрастанием давления, создаваемого в твердых недрах весом пород — к середине архея толщина литосферы (кора плюс твердая мантия) превысила мощность 100 км. До этого времени толщина литосферы была 50 км и меньше. Примерно такую же толщину имеет современная океаническая литосфера. Во-вторых, происходило заметное окисление мантии, появились карбонатиты и растворы, обогащенные СО2. Они реагировали с метаном, выделяя углерод, из которого впоследствии формировались алмазы. Таким образом, «алмазный рубеж» является важным показателем изменения теплового режима и окисления мантии.

ГЛУБОКИЙ МАГМАТИЧЕСКИЙ ОКЕАН

В целом к концу архея сформировалось от 20 до 50 % объема континентальной коры.

От «тектоники малых плит» к «тектонике плюмов» и суперконтинентам

Границе архея и протерозоя, отстоящей от наших дней на 2,6—2,7 млрд лет, соответствует один из главных максимумов формирования гранитов и щелочных пород, слагающих кору. Вероятно, в это же время образовался первый суперконтинент, но для установления его контуров и даже самого факта его существования не хватает геологических и палеомагнитных данных. До этого времени режим конвекции в мантии был близок к турбулентному и преобладала «тектоника малых плит». Весь архей, по мнению некоторых исследователей, режим конвекции в мантии был двуслойным, хотя, по другим оценкам, он мог быть скорее хаотичным (высокотурбулентным), но охватывал всю мантию.

В любом случае, на рубеже 2,6—2,7 млрд лет режим конвекции в мантии изменился, и это вызвало вышеописанные, а также и другие крупные последствия.

Из-за смены конвективных режимов появились супер­плюмы (восходящие потоки в мантии) и началась «тектоника плюмов». Этому соответствует первый максимум возрастов мантийных пород. Вероятно, режим двуслойной конвекции в верхней и нижней мантии, если он имел место до этого рубежа, сохранился, но он нарушался крупными струями восходящих супер­плюмов и крупными каплями плавящейся коры из зон субдукции, которые погружались до ядра. Магматические резервуары нижней и верхней мантии, по геохимическим данным, обособились вновь к 2,0—1,8 млрд лет.

Важнейшим процессом, способствовавшим появлению на Земле жизни, является субдукция, или погружение твердой земной коры обратно в мантию. При субдукции осадочный материал и водные минералы заносятся под континенты, их высота над уровнем моря растет из-за «разбухания» мантии, что создает предпосылки для формирования систем рек, делает ландшафт более неоднородным, создавая условия для формирования устойчивых экосистем. По: (Maruyama, Liou, 2005; Superplumes, 2007)

В палеопротерозойский период, 2,6—1,8 млрд лет назад, сформировался основной объем континентальной коры. В конце этого этапа в интервале 1,9—1,7 млрд лет произошли крупнейшие коллизионные процессы тектонических плит, наблюдался второй по величине максимум гранитообразования. В это время произошло формирование суперконтинента, названного «Карелий» или «Колумбий».

Следующие за этим 1,7—0,7 млрд лет назад характеризуются низкой внутренней активностью Земли. В это время произошла перестройка мантийных течений – режим конвекции в мантии изменился от общемантийного к двуслойному, снизилась активность плюмов. В этот же период произошло собирание и распад третьего суперконтинента – Родинии (от рус. «родить»).

«Мертвая Земля» породила жизнь

Специального внимания заслуживает период около 750 млн лет назад. До рубежа 1 млрд лет все извлекаемые метаморфические породы свидетельствовали о достаточно небольшом давлении, существовавшем при их формировании. Примерная глубина, на которой может наблюдаться такое давление – порядка 40—60 км. Возрастом в 750 млн лет датируются породы, для образования которых необходимо более высокое давление. Это свидетельствует об увеличении глубины их формирования, 150—200 км, или, что то же самое, о снижении температуры при той же самой глубине. Например, для глубины 100 км температура могла снизиться от 1000 до 400—600 °С.

Это возможно только в том случае, если скорость субдукции (погружения коры в мантию) заметно повысилась и достигла или превысила современную максимальную скорость субдукции (около 10 см/год).

Ускорение процессов субдукции привело к возможности «затаскивать» водные минералы в мантию в зонах субдукции, что привело к гидратации и разбуханию верхнемантийного клина под континентом, из-за чего произошел подъем континентов и понижение уровня моря. Вследствие повышения разности высот континентов и моря появились системы больших рек, выносимые ими породы расширили шельф, усилилось шельфовое осадконакопление, произошло усиление фотосинтеза и увеличение концентрации углеводородов.

Этапы ранней истории Земли – до появления организмов (Заварзин, 2010). Показано возникновение организмов из «мира РНК» или внеземное их происхождение

Фотосинтез привел к увеличению содержания кислорода в атмосфере, возникновению озонового слоя, защищающего поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения, и на Земле создались условия для возникновения жизни на суше.

Перечисленным событиям предшествовало снижение внутренней активности Земли. Этот интервал некоторые авторы (Ш. Маруяма и др.) называют «Мертвая Земля», его особенности объясняются перестройкой конвективных течений и плюмов в мантии. Изменение мантийных течений привело к охлаждению поверхности Земли, и в интервале 750—600 млн лет проявились частые и крупные оледенения, из них, возможно, наиболее крупное – около 640 млн лет назад. Для состояния Земли в этот период применяют определение «snowball Earth» – замерзшая Земля, похожая на снежный шар. Первые гипотезы о возможности такого состояния родились из геохимических данных и палеомагнитных определений ледниковых отложений, которые в ряде случаев оказывались вблизи палеоэкватора. Здесь еще много неясностей и противоречий, поэтому приведенный сценарий глобальных оледенений – один из возможных.

Усиление субдукции в интервале 750—600 млн лет дало вспышку островодужного магматизма, сопровождавшегося масштабными извержениями вулканов, массовое, но очень изменчивое поступление СO2 в атмосферу, ее дополнительное окисление и потепление климата. Начиная с 600 млн лет и эндогенные системы, и климат, и биосфера развиваются по сценариям, сходным с современными.

Таким образом, имеющее непрерывный характер остывание и окисление Земли приводило к ряду разнообразных процессов. Менялись конвективные режимы в мантии, из-за чего собирались и распадались суперконтиненты. Росла толщина литосферы и земной коры, остывала поверхность, формировались моря и, соответственно, – осадочные породы. Кристаллизовавшаяся кора погружалась в зонах субдукции в мантию, поднимая находящиеся над ней континенты. Постепенно геологический характер планеты становился все более спокойным, снижалась средняя температура поверхности, возникли условия для жизни и эволюции живых форм.

Несмотря на то, что остывание Земли носило экспоненциальный характер, происходящие в ней тектонические и геологические процессы демонстрируют периодичность. Существует корреляция между химическим составом, возрастом пород, глубиной и температурой их образования, временем существования суперконтинентов, интенсивностью накопления осадков и рядом других показателей. Это указывает на то, что происходившие на планете процессы взаимосвязаны – геологические изменения поверхности являются следствием взаимодействия внутренних и внешних факторов, таких как активность конвекции в мантии, cолнечная активность и др. Это говорит о целостности происходящих на нашей планете явлений, о том, что Земля является единым организмом, живущим и развивающимся в своих различных аспектах согласованным образом.

Литература

Добрецов Н. Л. Основы тектоники и геодинамики / учебное пособие / Новосибирск: НГУ, 2011.

Wood B. The formation and differentiation of Earth // Physics Today. December 2011. P 40—45.

Монография Николая Леонтьевича Добрецова «Основы тектоники и геодинамики» задумывалась как современный учебник по тектонике и геодинамике для студентов-бакалавров по специальности «геология» к курсу лекций, который читается ее автором на геолого-геофизическом факультете НГУ. Однако по широте и глубине рассмотренных вопросов она, несомненно, полезна и интересна не только для студентов и аспирантов геологических специальностей, но и для специалистов из других областей знаний, связанных с эволюцией нашей планеты.

Добрецов Н. Л. Основы тектоники и геодинамики. Учебное пособие/Новосибирский государственный университет, 2011. 492 стр. ISBN 978-5-94356-990-6В этой книге впервые сделана попытка показать причинно-следственные связи глубинного строения, состава, структуры и взаимодействия всех геосфер Земли как основной причины тектонических движений в земной коре и верхней мантии (тектоносфере). В работе на современном научном уровне показаны основные тектонические элементы строения дна мирового океана, островных дуг, платформ и складчатых поясов. При этом в отличие от классических учебников по тектонике и геодинамике большое внимание уделено модельным расчетам, которые позволяют понять причины формирования крупных структур Земли. В частности на основе моделирования конвекции в верхней мантии показана неизбежность формирования трансформных разломов в срединно-океанических хребтах. Модельные расчеты для зон субдукции позволяют понять причины выведения на поверхность высокобарических метаморфических комплексов, в том числе алмазоносных метаморфических пород, установленных в Кокчетавском метаморфическом комплексе в Северном Казахстане. С учетом данных по современной сейсмотомографии проведено теплофизическое моделирование плавления в зоне субдукции, что позволяет объяснять как особенности эволюции островодужного магматизма, так и характер сейсмичности этих очень тектонически активных зон Земли.

В настоящее время активно развивается новая парадигма геологии – глубинная геодинамика, оценивающая природу глобальных процессов с учетом взаимодействия разноглубинных, вплоть до ядра, оболочек Земли. В различных тектонических процессах показано широкое участие плюмов, горячих полей и супер­плюмов (Зоненшайн, Кузьмин, 1983; Hoffman, 1997; Flower, 2000; Кузьмин и др., 2001; Ярмолюк, Коваленко и др., 2002; Добрецов, 2003). При этом происходят сложные процессы взаимодействия глубинного мантийного магматизма с корой и литосферной мантией с формированием бимодальных вулканических ассоциаций, габбро-гранитных серий и траппов. Учебной литературы по данной проблеме практически нет, в то же время в последние годы крупным магматическим провинциям и их металлогении уделяется большое внимание в зарубежных публикациях (Abbott et al., 2002; Ernst et al., 2004). В данной монографии этому разделу глубинной геодинамики уделено большое внимание. При этом приведен не только фактический материал, но и расчеты термохимической модели плюмов различной мощности, отделяющихся от границы ядро – верхняя мантия (слой D«), и их взаимодей­ствия с различными геосферами. В отдельном разделе приведены данные по эволюции биосферы как одной из геосфер Земли. Этот раздел представляет интерес для палеонтологов и биологов.

Заведующий лабораторией петрологии и рудоносности магматических формаций Института геологии и минералогии, профессор, д. г.-м. н. А. Э. Изох

Источник: scfh.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.