Происхождение и эволюция планеты Земля

ХАБАРОВСКИЙ ПОГРАНИЧНЫЙ ИНСТИТУТ

ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ БЕЗОПАСНОСТИ РФ

  

 

Кафедра информационных технологий и  связи

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ  РАБОТА

 

по дисциплине Концепция современного естествознания

 

Вариант №22

“Происхождение и эволюция планеты Земля”

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: слушатель

Медведев  Э.В.

Проверил: преподаватель

Немова В.В

 

 

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1. Особенности образования планеты Земля, характеристики ранней Земли и Эволюция
2. Внутренние строение Земли.
3. Внешние оболочки Земли: особенности литосферы, гидросферы, атмосферы.
4. Тектонические явления.
5. Геохронология. Геохронологические зоны и эры в эволюции облика Земли.
6. Концепция взаимосвязи эволюции Земли и живого.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

Введение

 

 

     Приступая к написанию контрольной  работы,  я постараюсь наиболее  широко раскрыть вопросы касающиеся данной темы.  В первом вопросе – Особенности образования планеты Земля, характеристики ранней Земли и Эволюция, необходимо определить на какие периоды делится время существования Земли, в какое время начала зарождаться наша планета. Так как существуют различные гипотезы ее происхождения, я постараюсь осветить наиболее  на мой взгляд достоверную. Так же определить внутреннее строение Земли, из чего она состоит. Далее внешние оболочки, в особенности  атмосферу, литосферу и гидросферу. 

     Попробую понять процессы тектонических явлений, их происхождение. Дать понятие, что такое наука Геохронология. Что есть Геохронологические зоны и какие существуют эры в эволюции облика Земли. И в самом конце данной работы я, исходя из проработанных вопросов, остановлюсь на концепции взаимосвязи эволюции Земли и живого. Каким образом происходит взаимосвязь между живыми организмами и в целом биосферы с окружающим миром, их влияние на неорганические вещества, почву и т.д. Как эта взаимосвязь отражается на эволюции нашей планеты от возникновения жизни, по настоящее время.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Особенности образования планеты Земля, характеристики ранней Земли и Эволюция.

     Время существования Земли делится на два существенно различных

периода: ранняя история и геологическая  история. Ранняя история Земли разделяется на три фазы эволюции: фазу рождения, фазу расплавления внешней сферы и фазу первичной коры (лунную фазу). Охарактеризуем их кратко.

     Фаза рождения продолжалась 100 млн лет. При этом на растущую Землю падало большое количество крупных тел. Вместе с крупными телами на Землю падали и самые крупные объекты — планетезимали, зародыши "неудавшихся" планет. Их поперечники измерялись многими километрами и даже первыми десятками километров. В фазу рождения Земля приобрела приблизительно 95% современной массы.

      Фаза расплавления датируется 4,6-4,2 млрд лет назад (длительность 0,4 млрд лет). Во время аккреции¹ Земля долго оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества сначала внешней зоны планеты, потом и внутренней области. Наступила продолжительная фаза гравитационной дифференциации вещества: тяжелые химические элементы и их соединения опускались вниз, легкие поднимались вверх. Поэтому постепенно в процессе дифференциации вещества в центре Земли сосредоточивались тяжелые химические элементы (железо, никель и др.), из которых образовалось ядро, из более легких соединений возникла мантия Земли. Кремний и другие химические элементы стали основой формирования континентов, а самые легкие химические соединения образовали океаны и атмосферу Земли.

 

 

1.Аккре́ция (лат. accrētiō «приращение, увеличение» от accrēscere «прирастать») — процесс падения вещества на космическое тело из окружающего пространства.

 

 В земной атмосфере первоначально  было много водорода, гелия и  таких водородосодержащих соединений, как метан, аммиак, водяной пар.  Со временем водород и гелий  улетучились.

     Лунная фаза продолжалась 400 млн лет от 4,2 до 3,8 млрд лет назад. При этом остывание расплавленного вещества внешней сферы Земли привело к образованию тонкой первичной коры базальтового состава. В это же время происходило формирование гранитного слоя материковой коры. Континенты сложены в основном гранитами и гнейсами, т. е. горными породами, содержащими 65-70% кремнезема Si02 и значительное количество щелочей — калия и натрия. Между тем ложе океанов выстилается базальтами — породами, содержащими 45-50% Si02 и богатыми магнием и железом. Таким образом, континенты оказываются построенными менее плотным, более легким материалом, чем дно океанов. К тому же кора континентов намного толще (в среднем 35-40 км), чем кора океанов (5-7 км). Благодаря этому континенты минимум на 5-6 км возвышаются над ложем океанов. На некоторой глубине, где в верхней мантии находится пластичный слой (так называемая астеносфера), легкие, но толстые континентальные глыбы и тяжелые, но тонкие океанские плиты должны уравновешивать друг друга (закон изостазии, равновесия). Поэтому, главным фактором формирования рельефа земной поверхности является взаимодействие движущихся в горизонтальном направлении литосферных плит. В зонах разлома плит, проходящих в океанах, происходит образование срединно-океанских хребтов.

    Из-за широкого распространения метеорных кратеров фаза существования ранней коры называется лунной фазой. В лунную фазу существования Земля постепенно охлаждалась от температуры плавления базальтов (1000-800 °С) до 100 °С. С преодолением температурного рубежа +100 °С связано все последующее преобразование природной среды и эволюция земной коры.

     Геологическая история — это принципиально новый период развития Земли как планеты в целом, так и особенно ее коры и природной среды. 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. В структурном  отношении круговорот распадался на звенья: атмосферное (испарение, перенос  влаги, осадки), ли-тосферное (поверхностные и подземные стоки), океаническое. В процессе круговорота происходит поглощение солнечной энергии и распределение ее по земной поверхности.

     Глобальная эволюция Земли происходила под влиянием факторов — космического, эндогенного и экзогенного. К эндогенной энергии относится гравитационная энергия. Земля обладает наибольшей массой из планет земной группы и поэтому имеет наибольшую внутреннюю энергию — радиогенную, гравитационную и др.

 В экзогенном факторе необычайную  активность проявила вода, находившаяся  раньше в виде пара в атмосфере.  Земля стала тем космическим  телом, которое оказалось неблагоприятным  для длительного сохранения ударных  кратеров вследствие высокой  активности действующих на ней  экзогенных процессов разрушения.

     За счет парникового эффекта температура поверхности повышается на 38°; вместо 250 К (-23 °С) стало 288 К (+15 °С). Если бы этого не произошло, то в природной среде жидкой воды было бы не 95% общего количества в гидросфере, а во много раз меньше. Мощность потока солнечной радиации у верхней границы земной атмосферы (солнечная постоянная) составляет 1,95 (кал/см2) мин, что в годовом исчислении выражается в 1000 (ккал/см2) год. В связи же с шарообразностью Земли, а следовательно, с учетом неосвещенной Солнцем стороны планеты, а также тех пространств земной поверхности, где солнечные лучи падают под острым углом, средняя мощность потока солнечной радиации оказывается равной приблизительно 250 (ккал/см2) год. При альбедо (коэффициент отражения света) Земли 0,33-0,35 в земную атмосферу вступает энергетический поток напряженностью лишь 167 (ккал/см2) год. Часть этой энергии поглощается атмосферой, и лишь 79 (ккал/см2) год задерживается земной поверхностью, трансформируется ею и работает, т. е. возбуждает и поддерживает течение экзогенных процессов.

 Поглощаемая земной поверхностью  солнечная радиация 79 (ккал/см2) год используется следующим образом: 66 (ккал/ см2) год идет на испарение; 11 (ккал/см2) год — на турбулентный теплообмен тропосферного воздуха; 1 (ккал/см2) год — на биологические процессы и химические превращения минералов коры выветривания. Мощность теплового потока из недр Земли на континентах 0,033 (ккал/см2) год.

     Таким образом, земная поверхность использует на природные процессы солнечную радиацию в количестве 79 (ккал/см2) год, т. е. в 2182 раза больше, чем тепловой поток Земли. Поэтому глобальный процесс формирования географической оболочки и ее функционирования возможен только на основе солнечной радиации с учетом потенциальной энергии силы тяжести масс горных пород. Солнце снабжает Землю теплом, необходимым для поддержания ее температуры в подходящем диапазоне, охватывающем всего около 100°, не нагревая ее чрезмерно. Следует, однако, иметь в виду, что небольшое изменение всего лишь на несколько процентов количества тепла, получаемого Землей от Солнца, приведет к сильным изменениям земного климата. Земная атмосфера играет чрезвычайно важную роль в поддержании температуры в допустимых пределах. Она действует как одеяло, не допуская слишком сильного повышения температуры днем и чрезмерного понижения температуры ночью.

   Немного позднее, в результате столкновения по касательной с небесным телом размера Марса и массой около 10 % земной, образовалась Луна. В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения. Дегазация и вулканическая активность создала первую атмосферу на Земле. Конденсация водяного пара, а также лёд из сталкивающихся с Землёй комет, образовали океаны.

     На протяжении сотен миллионов лет поверхность планеты постоянно изменялась, континенты формировались и распадались. Они мигрировали по поверхности, иногда объединяясь и формируя суперконтиненты. Примерно 750 млн лет назад суперконтинент Родиния, первый из известных, начал распадаться. Позднее, 600—540 миллионов лет назад, континенты сформировали Паннотию, а около 250 млн лет назад — Пангею, которая распалась около 180 млн лет назад.

     Современная ледниковая эра началась около 40 млн лет назад. Холод усилился в конце плиоцена². Полярные регионы начали претерпевать повторяющиеся циклы оледенения и таяния с периодом 40-100 тыс. лет. Последняя ледниковая эпоха текущего ледникового периода закончилась около 10 000 лет назад.

     Эволюция Земли тесно  связана с ее образованием  и происхождением, а процессы  эволюции Земли происходят и  в настоящее время. Выше я  уже представил основные процессы образования и эволюции Земли, на ранних этапах ее развития. Что же касается зарождения “жизни” на Земле, ее представлю в виде краткой хронологии ниже.

     Первые организмы появились на Земле в результате химической эволюции не позднее 3,5 млрд лет назад. Около 2,5 млрд лет назад у циан бактерий появился кислородный фотосинтез, что привело к оксигенации атмосферы Земли.

 

 

2 Плиоце́н(от др.-греч. πλεῖον -'более' и καινός - новый, современный) - эпоха неогенового периода, начавшаяся 5,332 млн лет назад и закончившаяся 2,588 млн лет назад. Эпохе плиоцена предшествует эпоха миоцена а последовательницей является эпоха плейстоцена

   Около 2 миллиардов лет назад появились первые эукариотические организмы. Точные детали того, как прокариотические клетки

эволюционировали в эукариотические клетки, неизвестны, и на этот счёт существует значительное количество гипотез. Достоверно известно, что некоторые органеллы - митохондрии и хлоропласты  произошли в результате симбиогенеза протеобактерий и цианобактерий соответственно.

Следующим важным шагом в эволюции жизни на Земле стало появление многоклеточных организмов. Это произошло около 610 млн лет назад в океанах в эдиакарском периоде.

     После появления первых многоклеточных организмов в течение последующих примерно 10 миллионов лет произошло значительное повышение их биоразнообразия, получившее название Кембрийского взрыва. В палеонтологической летописи появляются представители почти всех современных типов живых организмов, а также представители многих вымерших линий. Для объяснения причин Кембрийского взрыва были предложены различные гипотезы, в том числе накопление в атмосфере кислорода в результате деятельности фотосинтезирующих организмов.

Около 500 миллионов лет назад растения и грибы вышли на сушу, вскоре за ними последовали членистоногие и другие животные. Насекомые были одними из самых успешных и в настоящее время составляют большинство видов животных. Около 360 млн лет назад появились земноводные, от них 330 млн лет назад произошли первые амниотические организмы. Чуть позже произошло разделение амниот на две эволюционные линии — зауропсидную (давшую начало рептилиям и птицам) и синапсидную (давшую начало млекопитающим).

 

2.Внутренние  строение Земли.

Толщина Земной коры (внешней оболочки) изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под  осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

От низлежащей мантии земную кору отделяет во вмогом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.

В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.

Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (ВНЕШНЕЕ ЯДРО) и твердую (BHУTPEHHE), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

ВНУТРЕННЕЕ ТВЕРДОЕ ЯДРО не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При зтом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.