Эволюционные процессы в микромире (Земля)

На высотах  выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства — способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (т. е. с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, — с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является радиационное излучение.

II. Биосфера-совокупность частей земной оболочки (лито, гидро и атмосфера), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности. Это активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимическая сила планетарного масштаба.

Биосфера - оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью  живых организмов.

Биосфера состоит  из тропосферы - нижней части воздушной оболочки Земли (атмосферы), водной оболочки (гидросферы) и верхней части (на глубину 2-3 км) твердой оболочки (литосферы).

III.Гидросфера-совокупность всех водных запасов Земли, расположенная на поверхности и в толще земной коры и представляющая совокупность океанов, морей и водных объектов суши.

Большая часть  воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую  долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды гидросферы находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой.

Взаимодействие  этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу.

IV.Кора-внешняя твёрдая оболочка Земли. Кора есть на большинстве планет земной группы, Луне и многих спутниках планет-гигантов. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической.

А.Континентальная кора-распространена не только в пределах континентов, но и в пределах шельфовых зон континентальных окраин и микроконтинентов, расположенных внутри океанских бассейнов. Общая площадь её составляет около 41% земной поверхности. Средняя мощность 35-40 км.. Континентальная кора имеет трёхслойное строение:

Первый  слой – осадочный, обычно называется осадочным чехлом. Мощность его колеблется от нуля до 10-20 км. Он сложен, в основном, осадочными породами континентального или мелководного морского происхождения. Возрастной диапазон пород осадочного чехла от кайнозоя до 1,7 млрд. лет.

Второй слой континентальной коры выходит на дневную поверхность на щитах, массивах или выступах платформ. Он вскрыт на Балтийском щите на глубину более 12 км Кольской сверхглубокой скважиной и на меньшую глубину в Швеции. Он сложен кристаллическими сланцами, гранитами и называется гранитно-метаморфическим слоем. Мощность данного слоя коры достигает 15-20 км на платформах и 25-30 км в горных сооружениях.

Третий  слой или нижний слой консолидированной коры был выделен как гранулито-базитовый слой. Ранее предполагалось, что между вторым и третьим слоем существует чёткая сейсмическая граница, названная по имени её первооткрывателя границей Конрада. На многих сейсмических профилях нижняя кора характеризуется наличием многочисленных отражающих площадок, что также может, вероятно, рассматриваться как наличие пластовых внедрений магматических пород .

В. Океаническая кора-занимает на Земле около 56% земной поверхности. Мощность её обычно не превышает 5-6 км и максимальна у подножия континентов. В её строении выделяются три слоя.

Первый  слой представлен осадочными породами. В основном это глинистые, кремнистые и карбонатные глубоководные осадки, причём карбонаты с определённой глубины исчезают вследствие растворения. Ближе к континенту появляется примесь обломочного материала, снесённого с суши континента.

Второй  слой океанической коры в верхней части сложен базальтами с редкими и тонкими прослоями пелагических осадков. Общая мощность второго слоя около 1,5-2 км. Строение первого и второго слоя океанской коры хорошо изучено с помощью подводных аппаратов, драгированием и бурением.

Третий  слой океанической коры состоит из магматических пород основного и ультраосновного состава. Мощность 3-го слоя около 5 км. Возраст океанической коры не превышает 180 млн. лет.

С. Осадочный слой-верхний слой земной коры, сложенный преимущественно осадочными породами. Мощность колеблется от 0 до 22 км.

Д.Кора переходного типа является разновидностью коры между двумя крайними типами земной коры (океанской и континентальной) и может быть двух типов – субокеанской и субконтинентальной. Субокеанская кора развита вдоль континентальных склонов и подножий и, вероятно, подстилает дно котловин не очень глубоких и внутренних морей. Мощность её не превышает 15-20 км. Она пронизана магматическими породами. Субокеанская кора вскрыта скважиной у входа в Мексиканский залив и обнажена на побережье Красного моря. Субконтинентальная кора образуется в том случае, когда океанская кора в вулканических дугах превращается в континентальную, но ещё не достигает «зрелости». Она обладает пониженной (менее 25 км) мощностью.

Е.Верхняя кора.

Толщина земной коры колеблется в широких пределах - от 5 до 15 км под океанами и от 20 до 70 км под континентами. Верхняя часть земной коры в пределах глубин, достигнутых бурением, доступна для непосредственного изучения. Поэтому нам более или менее достоверно известен состав вещества верхней части коры до глубин 10-12 км.

В составе вещества земной коры выявлено 89 из 105 элементов пе-риодической системы Менделеева. Химические элементы земной коры об-разуют природные химические соединения - минералы, а те, в свою очередь, путем химического или чаще механического соединения - горные породы.

По физическим свойствам земную кору принято разделять, как минимум, на три слоя: осадочный, гранитно-метаморфический и базальтовый. Присутствие гранитно-метаморфического слоя - это признак континентальной земной коры - в океанической коре этот слой отсутствует. Разделение на слои с таким названием не означает, что породы действительно имеют состав гранитов или базальтов. Это только значит, что по сейсмическим характеристикам, т.е. по скоростям прохождения сейсмических волн через этот слой они сходны с соответствующими породами.

Образование земной коры продолжается и в настоящее время.

F.Нижней границей земной коры считают поверхность Мохоровичича.

Граница между  корой и мантией достаточно чётко  определяется по резкому скачку скоростей  продольных волн от 7,5-7,7 до 7,9-8,2 км/сек  и она известна как поверхность Мохоровичича (Мохо или М) по имени выделившего её хорватского геофизика. Ученые объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород — от относительно легких кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Это точка зрения сейчас является общепризнанной. Граница Мохоровичича может не совпадать с действительной границей коры и мантии. В океанической коре под границей Мохоровичича залегает слой ультраосновных пород, которые образовались в результате осаждения оливина в магматических камерах под срединным хребтом. Они отличаются от мантийных пород тем, что имеют разный состав, например содержат больше железа. Таким образом, в океанической литосфере фактическая граница кора- мантия находится ниже границы Мохоровичича.

V.Мантия-часть Земли, от земной коры и до границы с ядром. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2 900 км.

В ее пределах по сейсмическим данным выделяются три слоя:

a) верхняя мантия  протягивается на глубину до 400 км и носит назва-ние слоя  Гутенберга. В пределах этого  слоя, в интервале глубин от 100-400 км, скорость продольных сейсмических волн не возрастает, а скорость поперечных волн - даже падает. Это может указывать на уменьшение вязкости вещества, и, возможно, на его частично расплавленное состояние. Эта зона внутри верхней мантии получила название астеносфера ("ослабленная сфера"), в отличие от верхней твердой литосферы. В астеносферном слое располагаются первичные очаги вулканизма и проявляются процессы, при-водящие к тектоническим движениям в земной коре. Поэтому для монито-ринга и прогноза вулканических и сейсмических проявлений важно знать глубину астеносферы и ее соотношение с вышележащей литосферой.

b) средняя мантия  охватывает глубины Земли от 400 до 900 км. В этом слое скорости  прохождения сейсмических волн  резко возрастают (с 8,5 км/с до 11,2 км/с), что указывает на значительное увеличение плотности и вязко-сти вещества. Этот слой назван слоем Голицына.

c) нижняя мантия  располагается на глубинах от 670 до 2900 км; здесь скорости сейсмических  волн с глубиной возрастают  медленно, но тем не менее достигают здесь максимальных для нашей планеты значений: продоль-ная скорость увеличивается до 13,6 км/с, а поперечная - до 7,3 км/с. Полага-ют, что относительно равномерное нарастание скорости с глубиной связано только с ростом давления и свидетельствует об относительно однородном строении нижней мантии. В низах этого слоя, на глубине 2700-2900 км выде-ляется переходная оболочка, отличающаяся по свойствам от всей остальной нижней мантии. Здесь отмечается некоторое снижение скорости продольных волн, что, вероятно, связано с переходом к внешнему ядру.

Сейсмический раздел- 660 км,узкая зона резкого повышения скорости сейсмических волн на глубине 660 км. Это может быть вызвано переходом верхнемантийных силикатов в более плотные структуры или резким изменением химического состава.

VI.Граница ядро-мантия: По данным сейсмотомографии, поверхность ядра является неровной и образует выступы и впадины с амплитудой до 5—6 км. На границе мантии и ядра выделяют переходный слой с индексом D" (этот и другие индексы взяты из схемы К. Буллена, обозначившего кору индексом А, верхнюю мантию — В, среднюю — С, нижнюю — D, верхнюю часть нижней мантии D'). Мощность слоя D" местами достигает 300 км (Т. Джордан и др.). Эти данные имеют существенное значение для геодинамики, указывая на активное взаимодействие между мантией и ядром.

VII.Ядро-внутренняя геосфера  расположена на средней глубине около 2900 км; разделяется на твердое внутреннее ядро диаметром около 1300 км и жидкое внешнее ядро мощностью около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Масса ядра - 1,932 10²⁴ кг.

Внутреннее  ядро-самая глубокая геосфера Земли. Находится в твердом состоянии. О его существовании известно от преломленных и отраженных продольных волн. Его масса - 9.675*10²² кг. Средняя плотность внутреннего ядра 12,85 г/см³. Плотность в центре ядра - 13,01 г/см³. Внутренне ядро открыла 1936 г. датский геофизик И. Леманн.

Время начала кристаллизации внутреннего ядра оценивается в 2 миллиард лет тому назад.

Существует  также точка зрения, что внутренне  ядро находится не в кристаллическом, а в специфическом состоянии, схожем с аморфным, и его упругие свойства обусловлены давлением.

Внешнее ядро-не пропускает поперечных сейсмических волн, что интерпретируется как жидкое агрегатное состояние. Масса внешнего ядра 1,835*10²⁴ кг. Плотность внешнего ядра 9,92 - 12,14 г/см³.

Предполагается, что во внешнем ядре происходит интенсивная  турбулентная конвекция, которая вызывает магнитное поле Земли. Изменения структуры этой конвекции приводят к миграции полюсов, магнитным инверсиям.

Литосфера-твердая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород.

Литосфера разбита  на блоки — литосферные плиты, которые двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений посвящен раздел геологии о тектонике плит.

Литосфера имеет  около 100 км толщины в океанических областях  и 100-400 км в континентальных областях.

Литосферные плиты-это крупный стабильный участок земной коры, часть литосферы. Согласно теории тектоники плит, литосферные плиты ограничены зонами сейсмической, вулканической и тектонической активности - границами плиты. Границы плит бывают трех типов: дивергентные, конвергентные и трансформные.

Существует  два принципиально разных вида земной коры — кора континентальная и кора океаническая. Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (пример — крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую.

Литосферные плиты  постоянно меняют свои очертания, они могут раскалываться в результате рифтинга и спаиваться, образуя единую плиту в результате коллизии. С другой стороны, разделение земной коры на плиты не однозначно, и по мере накопления геологических знаний выделяются новые плиты, а некоторые границы плит признаются несуществующими.

Астеносфера-(от греч. "астенос" - "слабый" и "сфера" - "шар") - слой пониженной вязкости в верхней мантии Земли, подстилающий более холодную и твердую литосферу. Толщина астеносферы порядка 100 км.

Астеносфера играет в динамике Земли исключительно  важную роль. Именно в астеносфере происходит движение литосферных плит.

 

      Литература:

1. Энциклопедия по наукам о Земле.
2. Куликов К.А., Сидоренко Н.С. «Планета Земля».
3. Кириллин В.А. «Страницы истории, науки и техники».
4. Канке В.А. «Концепции современного естествознания»-учебник.