Основные положения глобальной тектоники

Содержание

 Введение……………………………………………………………….….………3

1. Происхождение Земли………………………………………………...……….5

1.1. Модель расширяющейся Вселенной………………………………….5

1.2. Модель Большого Взрыва…………………………………..…………8

1.3. Космическая пыль…………………………………………………….11

2. Развитие Земли………………………………………………………………..13

3. Основные положения  глобальной тектоники………………………...……..17

Заключение……………………………………………………………………….20

Список литературы………………….…………………………………………...21 

Введение

Проблема происхождения  мира, Вселенной, планет была актуальной с древних времен. И в разные времена происхождение мира объясняли  по-разному. Мифологические представления  существовали на определённых стадиях  развития практически у всех народов  мира. Это была первая попытка человечества дать ответ на вопрос, откуда появился мир, человек, жизнь. Миф — сказание, передающее представления людей о мире, месте человека в нём, о происхождении всего сущего, о Богах и героях; определенное представление о мире. Например, мифы Древнего Египта: Нун Хаос родил Ра (Солнце), Ра произвёл из себя богов Шу (Воздух) и Тефнут (Вода). От них родилась новая пара, Геб (Земля) и Нут (Небо), ставшие родителями Осириса (Рождение), Исиды (Возрождение), Сета (Пустыня) и Нептиды, Хор и Хатхор. Или мифы Древней Греции: Сначала существовал Хаос. Боги, появившиеся из Неба — Гея (Земля), Эрос (Любовь), Тартар (Бездна), Эреб (Мрак) и Никта (Ночь), боги, появившиеся от Геи — Уран (Небо) и Понт (Море). Первые Боги породили Титанов. Титаны — в древнегреческой мифологии боги второго поколения, дети Урана (Неба) и Геи (Земли). Их шесть братьев и шесть сестёр-титанид, вступивших в брак между собой и породивших новое поколение богов: Прометея, Гелиоса, муз, Лето и других. То есть считалось, что всеми природными явлениями, катаклизмами управляют боги, которым все подвластно.

Далее, религия пыталась дать ответ на этот вопрос. Например, христианство. Бог создал Землю за семь дней из ничего. Человек был создан по образу Божьему, все живое и неживое было создано Богом. Основные черты практически всех религий: теоцентризм – философская концепция, в основе которой лежит понимание Бога, как абсолютного, совершенного, наивысшего бытия, источника всей жизни и любого блага. Креационизм – теологическая и мировоззренческая концепция, в рамках которой основные формы органического мира (жизнь), человечество, планета Земля, а также мир в целом, рассматриваются как непосредственно созданные Творцом или Богом. Провиденциализм — историко-философский метод, рассмотрение исторических событий с точки зрения непосредственно проявляющегося в них Провидения, высшего Промысла, осуществления заранее предусмотренного Божественного плана спасения человека.

Философия давала свои ответы на происхождение жизни. Философы Древней Греции искали первооснову мира. Например, Фалес в качестве первоосновы мира брал воду. В его философии Земля – это круг, который плавает в воде, а вода – особое текучее вещество, способное принимать любые формы. Анаксимен за исходное начало берет воздух, или эфир. Все возникает из сгущения и разрежения воздуха. Земля и небесные тела парят в воздухе, при этом Земля недвижима, а другие светила движутся воздушными вихрями. Гераклит Эфесский в качестве первоосновы мира Гераклит считает огонь и, подобно тому, как огонь находится в постоянном движении, все в этом мире также постоянно движется. Ксенофан в качестве первоосновы мира считает Землю.

Но у каждого из этих объяснений происхождения мира есть один недостаток: ни один из них научно не обоснован.

С появлением науки в ее современном понимании на смену  мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении  мира. Наука отличается от мифологии  тем, что стремится не к объяснению мира в целом, а к формулированию законов развития природы, допускающих  эмпирическую проверку. Разум и опора  на чувственную реальность имеют  в науке большее значение, чем  вера. Наука - это, в определенной степени, синтез философии и религии, представляющее собой теоретическое освоение действительности.

 

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ

Мы находимся во Вселенной, а наша планета лишь ее малая часть. Поэтому историю возникновения  Земли надо рассматривать в тесной взаимосвязи с историей возникновения  Вселенной. Вселенная — фундаментальное  понятие астрономии, строго не определяемое, включает в себя весь окружающий мир. На практике под Вселенной часто  понимают часть материального мира, доступную изучению естественнонаучными  методами. Вселенную в целом изучает  наука, называемая космологией, то есть наукой о космосе. Космология открывает  порядок устройства нашего мира и  нацелена на поиск законов и закономерностей  его функционирования. Открытие законов  и закономерностей и представляет собой цель изучения Вселенной как  единого упорядоченного целого.

Экзосфера 10000 км

Термосфера 690 км

Мезосфера 85 км

Стратосфера 50 км

Тропосфера 6-20 км

 

Линия кармана. Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

           Мезопауза  (В вертикальном распределении  температуры имеет место минимум  (около —90 °C)).

                                                                             Стратопауза (В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C)).

                                                        Космос – все за пределами  атмосферы. 

1.1. Модель расширяющейся  Вселенной

Наиболее общепринятой в  космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей  расширяющейся Вселенной, построенная  на основе общей теории относительности  и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат  два предположения: 1) свойства Вселенной  одинаковы во всех ее точках (однородность) и направлениях (изотропность); 2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна.

Уравнения Эйнштейна —  уравнения гравитационного поля в общей теории относительности, связывающие между собой метрику  искривлённого пространства-времени  со свойствами заполняющей его материи. Термин используется и в единственном числе, так как в тензорной  записи это одно уравнение, хотя в  компонентах представляет собой  систему уравнений. Уравнение выглядит следующим образом:

, где

где R_ab — тензор Риччи, получающийся из тензора кривизны пространства-времени R_abcd посредством свёртки его по паре индексов, R — скалярная кривизна, то есть свёрнутый тензор Риччи,      g_ab — метрический тензор,  Λ — космологическая постоянная, а T_ab представляет собой тензор энергии-импульса материи, (π — число пи, c — скорость света в вакууме, G — гравитационная постоянная Ньютона). Так как все входящие в уравнения тензоры симметричны, то в четырёхмерном пространстве-времени эти уравнения равносильны 4·(4+1)/2=10 скалярным уравнениям.

Одним из существенных свойств  уравнений Эйнштейна является их нелинейность, приводящая к невозможности  использования при их решении  принципа суперпозиции.

Решить уравнение Эйнштейна  — значит найти вид метрического тензора g_μν пространства-времени. Задача ставится заданием граничных условий и написанием тензора энергии-импульса T_μν, который может описывать как точечный массивный объект, распределённую материю или энергию, так и всю Вселенную целиком. В зависимости от вида тензора энергии-импульса решения уравнения Эйнштейна можно разделить на вакуумные, полевые, распределённые, космологические и волновые. Существуют также чисто математические классификации решений, основанные на топологических свойствах, описываемого ими пространства-времени, или, например, на алгебраической симметрии тензора Вейля данного пространства (классификация Петрова).

Из данной теории следует  так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, основанная на данных постулатах носит название релятивистской.

Важный пункт этой теории – ее нестационарность. Это определяется двумя догмами теории относительности:

• принцип относительности, который гласит, что во всех инерциальных системах все законы сохраняются независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.
• экспериментально подтвержденное постоянство скорости света — абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме, с=3*10⁸ м/с.

Из принятия теории относительности  как следствие вытекало, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно либо расширяться, либо сжиматься (первый это заметил Петроградский  физик и математик Александр  Александрович Фридман в 1922 году). Но этому выводу не придавали никакого значения вплоть до открытия американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году так называемого «красного  смещения».

Красное смещение - это понижение  частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии  смещаются к его красному концу. Обнаруженный ранее эффект Доплера  гласил, что при удалении от нас  какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», то есть линии спектра  сдвигаются в сторону более длинных  красных волн.

Доплеровское смещение длины  волны в спектре источника, движущегося  с лучевой скоростью v_r  и полной скоростью v, равно

.

Гравитационное красное  смещение было предсказано А. Эйнштейном при разработке общей теории относительности (ОТО).

Так вот, для всех далеких  источников света красное смещение было зафиксировано, причем, чем дальше находился источник, тем в большей  степени. Красное смещение оказалось  пропорционально расстоянию до источника, что и подтверждало гипотезу об удалении их, то есть о расширении Мегагалактики - видимой части Вселенной.

Красное смещение надежно  подтверждает теоретический вывод  о нестационарности области нашей Вселенной с линейными размерами порядка нескольких миллиардов парсек на протяжении, по меньшей мере, нескольких миллиардов лет. В то же время кривизна пространства не может быть измерена, оставаясь теоретической гипотезой.

 

1.2. Модель Большого Взрыва

«Вначале был  взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем  распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который  произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы», -  С. Вейнберг.

 

Для начала ознакомимся с  современными представлениями теории Большого взрыва и теории горячей  Вселенной. Наша Вселенная, по современным  подсчетам, возникла 13,7 ± 0,13 млрд. лет назад из некоторого начального – «сингулярного» состояния и с тех пор она безостановочно расширяется и охлаждается. Космологическая сингулярность — это определенное состояние Вселенной в начальный момент гипотетического Большого Взрыва, которая характеризуется бесконечной плотностью и температурой вещества (рис. 1). Наиболее вероятным моментом происхождения данных процессов считается момент Планковской эпохи¹. Ранняя Вселенная представляла собой высокооднородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы,              аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.

Приблизительно через 10−35 секунд после наступления Планковской эпохи² фазовый переход вызвал экспоненциальное³ расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции. Инфляционная модель Вселенной — гипотеза о физическом состоянии и законе расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва, которая предполагала период ускоренного по сравнению со стандартной моделью горячей Вселенной расширения. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную⁴ плазму. Со временем температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. Бариогенезис — состояние Вселенной на промежутке времени 10−35—10−31с с момента Большого Взрыва (инфляционная эпоха), во время которого происходило объединение кварков⁵ и глюонов⁶ в адроны, а также название самого процесса такого объединения. На этом этапе кварки и глюоны объединились в протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая преобладала в своем количестве, так и антиматерии, которые взаимоуничтожались, превращаясь в излучение.

Дальнейшее падение температуры  привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил  и элементарных частиц в их современной  форме. После чего наступила эпоха  нуклеосинтеза⁷, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии).