Земля как планета солнечной системы

б) Внутренние оболочки

• Земная кора

Верхняя из внутренних оболочек отделяется от мантии поверхностью Мохоровичича. Толщина земной коры под океанами 5 ... 10 км, под горными системами - до 60 ... 80 км. В целом для Земной коры характерна вертикальная и горизонтальная неоднородность (анизотропия), которая отражает различный характер её эволюции в разных частях планеты, а также её существенную переработку в процессе последнего этапа развития (40-30 млн. лет), когда были сформированы основные черты современного лика Земли. Значительная часть Земной коры находится в состоянии изостатического равновесия (см. Изостазия), которое в случае нарушения достаточно быстро (104 лет) восстанавливается благодаря наличию Астеносферы. Выделяют два главных типа Земной коры: континентальную и океаническую, различающихся по составу, строению, мощности и другим характеристикам (рис.). Мощность континентальной коры в зависимости от тектонических условий меняется в среднем от 25-45 км (на платформах) до 45-75 км (в областях горообразования), однако и в пределах каждой геоструктурной области она не остаётся строго постоянной.

В континентальной коре различают  осадочный (V_p до 4,5 км/с), "гранитный" (V_p 5,1-6,4 км/с) и "базальтовый" (V_p 6,1-7,4 км/с) слои. Мощность осадочного слоя достигает 20 км, распространён он не повсеместно. Названия "гранитного" и "базальтового" слоев условны и исторически связаны с выделением разделяющей их границы Конрада (V_p 6,2 км/с), хотя последующие исследования (в том числе сверхглубокое бурение) показали некоторую сомнительность этой границы (а по некоторым данным её отсутствие). Оба эти слоя поэтому иногда объединяют в понятие консолидированной коры. Изучение выходов "гранитного" слоя в пределах щитов показало, что в него входят породы не только собственно гранитного состава, но и разнообразные гнейсы и другие метаморфические образования. Поэтому данный слой часто называют также гранитно-метаморфическим или гранитно-гнейсовым; его средняя плотность 2,6-2,7 т/м³. Прямое изучение "базальтового" слоя на континентах невозможно, и значениям скоростей сейсмических волн, по которым он выделен, могут удовлетворять как магматические породы основного состава (базиты), так и породы, испытавшие высокую степень метаморфизма (гранулиты, отсюда название гранулит-базитовый слой). Средняя плотность базальтового слоя колеблется от 2,7 до 3,0 т/м³.

• Мантия Земли

Мантия Земли, подошва которой находится на глубине 2900 км, делится на верхнюю мантию (толщина 850 ... 900 км) и нижнюю мантию (толщина около 2000 км). Часть верхней мантии, лежащий непосредственно под земной корой, называют субстратом. . Иногда выделяют среднюю мантию, тогда верхнюю мантию земли ограничивают глубиной 400 км. В нижней мантии на границе с ядром выделяется особый слой, аналогичный астеносфере (слой Д), в котором, по-видимому, велика диссипация энергии сдвиговых процессов. Для этой области характерны высокая температура и значительная неоднородность вещественного состава.

Предполагают, что мантия земли сложена в основном оливином. Химический состав мантии близок к составу первичной Земли (за вычетом продуктов дифференциации, образовавших кору и ядро). С глубиной в мантии земли, по-видимому, растёт концентрация тяжёлых элементов (в частности, железа). В двух узких зонах (на глубине 420 и 670 км) толщиной несколько десятков км скачком увеличивается плотность; на глубине 420 км это связано с появлением более плотных модификаций минералов и переходом оливина из а в b и g фазы, на глубине 670 км — переходом в постшпинелевую фазу с большим координационным числом кремния. В нижней мантии земли возможен частичный распад минералов на оксиды и образование новых ещё более плотных структур. Вещество мантии способно медленно течь (со скоростями до десятков сантиметров в год). С процессами в мантии земли (дифференциация по плотности, тепловая конвекция и др.) связаны тектонические движения, магматизм и вулканизм в земной коре.

Ядро Земли имеет радиус около 3500 км; делится на внешнее и внутреннее ядро - субъядро. ЯДРО ЗЕМЛИ (а. Earth соre; н. Erdkern; ф. noyau terrestre, endosphere; и. nucleo de tierra) — центральная геосфера радиусом около 3470 км. Существование ядра земли установлено в 1897 немецким сейсмологом Э. Вихертом, глубина залегания (2900 км) определена в 1910 американские геофизиком Б. Гутенбергом.

Ядро Земли состоит  из внешнего, по-видимому, жидкого ядра (до глубины 4980 км), переходного затвердевающего  слоя (до глубины 5120 км) и твёрдого внутреннего  ядра (субъядра). О происхождении ядра земли единого мнения нет. Предполагают, что оно образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позже.

4. Геодинамические процессы.

Вещество геосфер  Земли находится в непрерывном  движении и изменении. Быстрее всего  они протекают в жидкой и газообразной оболочках, но основное содержание истории  развития земного шара составляют гораздо  более медленные изменения, совершающиеся  во внутренних геосферах, сложенных  преимущественно твёрдым веществом; именно изучение их природы и динамики необходимо прежде всего для верного  понимания современного и всех прошлых  состояний Земли.

Среди процессов, совершающихся в недрах и на поверхности  Земли, различают две главные  группы. Первую образуют внутренние, или  эндогенные, процессы, движущим началом которых является внутренняя энергия Земли (главным образом энергия радиоактивного распада). Вторую группу составляют внешние, или экзогенные, процессы, порождаемые поступающей на Землю энергией солнечного излучения. Эндогенные процессы свойственны главным образом глубинным геосферам. В нижних зонах земной коры, в верхней мантии, видимо, и много глубже происходят перемещения огромных масс вещества, его расширение, сжатие и фазовые превращения, происходят миграция химических элементов, циркуляция тепловых и электрических токов и так далее. Несомненно, что в своей совокупности они обусловливают непрерывно идущий процесс глубинной дифференциации вещества, приводящий к концентрации более лёгких его компонентов в верхних, а более тяжёлых -- в глубоких геосферах. В мантии движущим фактором, по-видимому, является механизм, подобный зонной плавке, в результате которого химические элементы (или соединения) закономерно распределяются между легкоплавкой и тугоплавкой фазами. Глубинные эндогенные процессы воздействуют на земную кору, вызывая вертикальные и горизонтальные перемещения отдельных её участков и блоков (движения земной коры), деформацию и преобразование внутренней структуры земной коры. Все эти процессы называются тектоническими, а область их проявления, охватывающая, кроме земной коры, по меньшей мере и верхнюю мантию, -- тектоносферой. В тесной взаимосвязи с тектоническими процессами протекают процессы магматические, заключающиеся во внедрении в земную кору поднимающейся снизу магмы (глубинный магматизм) и в излиянии её по трещинам на поверхность Земли в виде лавы (вулканизм). В ходе тектонических деформаций (дислокаций) и внедрений магмы происходят также процессы метаморфизма горных пород, изменяющих свой минералогический состав и структуру под воздействием повышенных давлений и температур.

Земная поверхность  и внешние слои земной коры одновременно подвергаются влиянию экзогенных процессов. Они подразделяются на разрушительные (выветривание горных пород, снос ветром и смыв текучими водами продуктов их разрушения, изменение поверхности Земли реками и ручьями, подземными водами, движущимися ледниками и др.) и созидательные (накопление осадков в понижениях суши, в морских и озёрных водоёмах с дальнейшим преобразованием в осадочные горные породы).

Действие эндогенных и экзогенных процессов на земную поверхность взаимно противоположно. Эндогенные процессы (в основном тектонического движения) создают прежде всего крупные  неровности, от которых зависят распределение  суши и моря и возможность перемещения  вещества под действием силы тяжести. Экзогенные процессы расчленяют и разрушают  поднятые участки, заполняя продуктами разрушения пониженные места, т. е. в  целом имеют тенденцию выравнивать  поверхность Земли. При взаимодействии внутренних и внешних процессов  на земной поверхности образуются различного рода неровности, совокупность которых  называется рельефом. При различном  соотношении внутренних и внешних  сил формируются либо горные, сильно расчленённые типы рельефа, либо мало расчленённые, равнинные. Под влиянием совокупного действия эндогенных и  экзогенных процессов происходит медленный, протекающий миллионы и миллиарды  лет кругооборот вещества, сопровождаемый перестройкой и обновлением структуры  земной коры.

Эндогенные процессы выводят на земную поверхность глубинное  вещество, вовлекаемое здесь в  процессы денудации и аккумуляции  и являющееся одним из основных источников материала осадочных пород. В  ходе опусканий земной коры осадочные  породы вовлекаются в её глубокие зоны и, попадая в сферу действия глубинных эндогенных процессов, преобразуются  иногда вплоть до переплавления в магму и в этом измененном виде вновь поднимаются тектоническими процессами на поверхность Земли.

5. 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. Всю последующую тектоническую историю часто рассматривают как единый альпийский цикл. Однако он отчётливо распадается на частные циклы не всеобщего значения, в значительной степени перекрывающие друг друга хронологически, но имеющие вполне самостоятельное значение в развитии определённых регионов земного шара. Первый из них наиболее характерен для геосинклинального пояса, окружающего Тихий океан. Начало его относится к последнему отрезку палеозойской эры -- пермскому периоду и совпадает по времени с завершающими этапами герцинского цикла в других областях. Но основная часть приходится уже на мезозойскую эру (230--70 млн. лет назад), почему и сам цикл и завершающая его складчатость называются обычно мезозойскими. Мезозойские складчатые системы до сих пор отличаются гористым рельефом, и настоящие эпимезозойские плиты с хорошо развитым платформенным чехлом мало распространены. Другой, собственно альпийский цикл развития наиболее типичен для Средиземноморского геосинклинического пояса, протянувшегося из Южной Европы через Гималаи в Индонезию, и менее типично проявился в некоторых геосинклинальных системах Тихоокеанского побережья. Его начало приходится на ранний мезозой, а окончание -- на разные отрезки последней, кайнозойской эры геологического прошлого. Лишь в немногих альпийских геосинклинальных системах существуют ныне развивающиеся геосинклинали (например, глубоководные впадины внутренних морей типа Средиземного). Подавляющее их большинство переживает орогенный этап и на их месте расположены высокие и интенсивно растущие горные системы -- области молодой кайнозойской, или альпийской, складчатости. Современные геосинклинальные системы (или области) сосредоточены преимущественно по западной периферии Тихого океана, в меньшей мере -- в других приокеанических районах. Иногда их также причисляют к площадям кайнозойской складчатости, хотя они и находятся в наиболее активной стадии геосинклинального развития. После окончания цикла геосинклинальное развитие может повториться, но всегда какая-то часть геосинклинальных областей в конце очередного цикла превращается в молодую платформу. В связи с этим в течение геологической истории площадь, занятая геосинклиналями, уменьшалась, а площадь платформ увеличивалась. Именно геосинклинальные системы являлись местом образования и дальнейшего нарастания континентальной коры с её гранитным слоем. Периодический характер вертикальных движений в течение тектонического цикла (преимущественно опускание в начале и преимущественно поднятие в конце цикла) каждый раз приводил к соответствующим изменениям рельефа поверхности, к смене трансгрессий и регрессий моря. Те же периодические движения влияли на характер отлагавшихся осадочных пород, а также на климат, который испытывал периодические изменения. Уже в докембрий тёплые эпохи прерывались ледниковыми. В палеозое оледенение охватывало по временам Бразилию, Южную Африку, Индию и Австралию. Последнее оледенение (в Северном полушарии) было в антропогене. Первая половина каждого тектонического цикла проходила на материках в общем под знаком наступания моря, которое заливало и на платформах, и в геосинклиналях всё большую площадь. В каледонском цикле наступание моря развивалось в течение кембрийского и ордовикского периодов, в герцинском цикле -- в течение второй половины девонского периода и начале каменноугольного, в мезозойском -- в течение триасового периода и начале юрского, в альпийском -- в течение юрского и мелового периодов, в кайнозойском -- в течение палеогенового периода. В морях сначала преобладало отложение песчано-глинистых осадков, которые, по мере увеличения площади морей, уступали своё место известнякам. Когда в середине цикла поднятия земной коры становились преобладающими, начиналось отступание моря, площадь суши увеличивалась и в геосинклиналях возникали горы. К концу тектонического цикла почти повсеместно материки освобождались от морских бассейнов. Соответственно менялся и характер возникающих во впадинах осадочных пород. Сперва это были ещё морские осадки, но не известняки, а пески и глины. Породы становились всё более грубозернистыми. В конце тектонического цикла морские осадки почти всюду сменялись континентальными. Такой процесс изменения осадков в сторону всё более грубых и, наконец, континентальных в каледонском цикле происходил в силурийском периоде и начале девонского, в герцинском цикле -- в конце каменноугольного, пермском и начале триасового периода, в альпийском цикле -- в течение кайнозоя, в мезозойском цикле -- в меловом периоде, а в кайнозойском -- в неогеновом периоде. В конце цикла образовались также хемогенные лагунные отложения (соль, гипс), являвшиеся продуктом выпаривания солей из воды замкнутых и мелководных морских бассейнов. Периодические изменения условий образования осадков вели к сходству между осадочными формациями, принадлежащими одинаковым стадиям разных тектонических циклов. А это в ряде случаев вело к повторному возникновению залежей полезных ископаемых осадочного происхождения. Например, наибольшие залежи углей приурочены к той стадии герцинского и альпийского циклов, когда преобладание от погружений земной коры только что перешло к поднятию (середина и конец каменноугольного периода в герцинском цикле и палеогеновый период в альпийском). Образование больших залежей поваренной и калийной солей было приурочено к концу тектонического цикла (конец силурийского периода и начало девонского в каледонском цикле, пермский период и начало триасового в герцинском, неогеновый и антропогеновый периоды в альпийском). Однако сходство осадочных формаций, принадлежащих к одной стадии разных циклов, не полное. Благодаря поступательной эволюции животного и растительного мира от цикла к циклу менялись породообразующие организмы, менялся и характер воздействия организмов на горные породы. Например, отсутствие соответствующего растительного покрова на материках в раннем палеозое явилось причиной отсутствия в каледонском цикле залежей угля, которые характерны для герцинского и более поздних циклов. Преобразованием тектонических подвижных зон материковой коры в платформы не ограничиваются закономерности её развития. Многие геосинклинальные системы, например в Верхоянско-Колымской области и в значительной части Средиземноморского геосинклинального пояса, закладывались в теле более древних складчатых сооружений, включая и древние платформы, реликтами которых являются некоторые внутренние массивы. Наряду с такой ассимиляцией участков соседних платформ геосинклинальными системами обширные зоны внутри этих последних испытывали временами тектоническую активизацию, выражающуюся в значительных относительных вертикальных перемещениях крупных блоков по системам разломов и общих поднятиях, приводящих к возникновению на месте ранее выровненных пространств горного рельефа. Подобный эпиплатформенный орогенез сильно отличается от выше охарактеризованного эпигеосинклинального отсутствием настоящей складчатости и сопровождающих её явлений глубинного магматизма, а также слабым проявлением вулканизма.

Процессы тектонической  активизации неоднократно на протяжении геологической истории охватывали платформы. Особенно ярко они проявились в конце неогена, когда на платформах снова поднялись высокие горы, образовавшиеся ещё в конце каледонского или герцинского циклов и с тех пор выровненные (например, Тянь-Шань, Алтай. Саяны и многие другие); тогда же на платформах образовались крупные системы грабенов -- рифтов, указывающие на процесс глубокого раскалывания земной коры (Байкальская система рифтов, Восточно-Африканская зона разломов). Процесс сокращения площади, занятой геосинклиналями, и соответственно роста площади платформ подчинялся некоторой пространственной закономерности: образовавшиеся в среднем протерозое на месте архейских геосинклиналей первые устойчивые платформы в дальнейшем играли роль «очагов стабилизации», которые с периферии обрастали всё более молодыми платформами. В результате к началу мезозоя геосинклинальные условия сохранились в двух узких, но протяжённых поясах -- Тихоокеанском и Средиземноморском. Под влиянием взаимодействия внутренних и внешних сил природа земной поверхности изменялась на протяжении всей геологической истории. Неоднократно изменялся рельеф, очертания материков и океанов, климат, растительность и животный мир. Развитие органического мира было тесно связано с основными этапами развития З., среди которых выделяют длительные периоды относительно спокойного развития и периоды сравнительно кратковременных перестроек земной коры, сопровождаемых изменениями физико-географических условий на её поверхности.

6. Человек и Земля

Согласно новым находкам, древнейшие люди, по-видимому, появились  около 2 млн. лет назад (по мнению некоторых  учёных, 1 млн. лет назад). Вопрос о  месте возникновения человека окончательно ещё не решен. В процессе общественного  производства человек воздействовал  на окружающую его природную среду, которая несёт на себе печать труда  множества людских поколений, живших в условиях разных сменявших друг друга общественно-экономических  формаций. Мера и характер взаимодействия человека и природы зависят от уровня развития человеческого общества; они обусловлены в первую очередь различиями общественно-экономической системы.

Формы воздействия человека на природу многообразны. В результате этих воздействий перераспределяются водные ресурсы, изменяется местный  климат, преобразуются некоторые  черты рельефа. Особенно значительно  воздействие человека на живую природу  как непосредственно, так и через  влияние на другие природные компоненты. Изменение одного из компонентов  географического ландшафта в  результате деятельности человека влечёт за собой изменение других. Природные  условия оказывают существенное, хотя и не решающее, влияние и  на направление хозяйственной деятельности и на многие элементы культуры (жилище, одежда, пища). Всю совокупность воздействия  человечества на природу всё чаще называют природопользованием, которое  может иметь нерациональный и  рациональный характер. Нерациональное природопользование может быть результатом  как преднамеренно хищнических, так и стихийных и лишь опосредствованных  воздействий человека на природу, но в обоих случаях ведёт к  её оскудению и снижению достоинств среды. Рациональное природопользование включает все процессы разумного (комплексного, экономичного) освоения природных ресурсов, а также охрану и целесообразное преобразование природы. Эти процессы по-разному проявляются по отношению  к ресурсам среды и к расходуемым  природным ресурсам. Рациональное освоение ресурсов среды связано с наилучшим  приспособлением к ним, охрана -- к поддержанию благоприятных  условий, преобразование -- к их улучшению; освоение расходуемых ресурсов означает их комплексную и экономичную  добычу и переработку, охрана -- поддержание  продуктивности (обеспечение воспроизводства  их восполнимой части), преобразование -- их количественное умножение и качественное улучшение.

Влияние человеческого общества на природную среду неизменно усиливается. Познание и освоение человеком природных ресурсов становится всё более полным и разносторонним. Современная научно-техническая революция ведёт, с одной стороны, к более глубокому познанию и использованию природных богатств и, с другой стороны, к переоценке многих из них. Итоги воздействия человека на природу за последние 100--200 лет по своей интенсивности и многообразию, особенно на территории Европы и Северной Америки, превосходили результаты такого воздействия за тысячелетия прежней истории. В современную же эпоху в связи с быстрым ростом численности населения во многих странах мира и особенно резкой интенсификацией человеческой деятельности в связи с научно-технической революцией темпы использования природных ресурсов стремительно возрастают; это относится как к невозобновимым (например, полезные ископаемые), так и к возобновимым (например, почва, растения, животные) ресурсам. Поэтому перед человечеством встаёт серьёзнейшая задача предотвращения опасности порчи среды его обитания и подрыва восстановительных сил природы, что грозит снижением её продуктивности вплоть до полного опустошения. Во всех досоциалистических общественно-экономических формациях использование природных ресурсов носило большей частью нерациональный, хищнический характер. За последние несколько сот лет площадь лесов на Земле (по оценке) уменьшилась в 1,75 раза; ныне (1970) она составляет 4,1 млрд. га. За минувшее столетие эрозия и дефляция вывели из строя около 2 млрд. га, то есть 27% с.-х. земель. Исчезли многие виды ценных животных и растений. Нерациональные методы разработки полезных ископаемых приводят к безвозвратной потере огромных количеств дефицитного минерального сырья. В современную эпоху первостепенное значение приобретает защита ландшафтной оболочки от всё большего загрязнения в ходе быстрого процесса урбанизации и индустриализации; основными очагами загрязнения природной среды являются города. Источниками загрязнения гидросферы, в частности, служат бытовые и промышленные стоки (так, 1 м3 неочищенных сточных вод делает непригодным 50--60 м3 речной воды). Выброс фабриками, заводами, электростанциями, автотранспортом огромного количества пыли, сернистого газа, окиси углерода, золы и шлаков, соединений металлов, сточных вод, чрезмерное внесение в почву ядохимикатов вредно отражаются на флоре и фауне, создают угрозу здоровью человека. Особо опасно радиоактивное загрязнение ландшафтной оболочки. Возникают опасения также по поводу возможного в будущем перегрева атмосферы в результате как непосредственного выделения тепла, так и уменьшения его оттока в связи с накоплением CO2 в атмосфере.