Происхождение Солнечной системы и планеты Земля. Основные этапы геологической истории
Происхождение Солнечной системы и планеты Земля.
Основные этапы геологической истории
1.Строение Вселенной и Солнечной системы.
Вселенной
или космосом называется весь окружающий материальный мир (греч. ╚космос╩
- мир). Вселенная бесконечна в пространстве и во времени. Материя во вселенной
распределена неравномерно и представлена звездами, планетами, пылью,
метеоритами, кометами, газами. Доступная для изучения часть Вселенной
называется Метагалактикой, включающая свыше миллиарда звездных скоплений
галактик (греч. ╚галактика╩ - молочный, млечный).
Наша
Галактика носит название Млечного пути и относится к типу спиральных и включает
свыше 150 млрд. звезд. Она представляет собой широкую белесую полосу звезд.
Возраст Галактики ~ 12 млрд. лет.
Масса
Солнца - 99,87- от всей массы Галактики (Юпитер - крупнейшая планета - 0,1%),
поэтому оно центр притяжения всех космических тел. Физически Солнце -
плазменный шар. Химический состав - 70 элементов; главные: водород и гелий;
средняя t°С ~5600°С; возраст - 6-6,5 млрд. лет. Тепловая энергия Солнца
обусловлена термоядерными процессами превращения водорода в гелий.
Тепло
и свет излучаемые Солнцем оказывают большое влияние на геологические процессы.
Непрерывная взрывная деятельность на Солнце вызывает образование так
называемого солнечного ветра (движение в пространстве заряженных частиц), с
которым связаны полярное сияние и магнитные явления в атмосфере Земли.
В
состав Солнечной системы входят 9 планет, 42 спутника, около 50 тысяч
астероидов, множество метеоров и комет.
Орбиты
планет располагаются в одной плоскости, совпадающей с экваториальной плоскостью
Солнца и направлением обращения вокруг Солнца, кроме Венеры и Урана, оно
обратное и совпадает с направлением вращения Солнца вокруг своей оси.
2.Гипотезы происхождения Солнечной системы и Земли.
Немецкий
философ Эммануил Кассет в 1755 г. высказал идею происхождения Вселенной из
первичной материи, состоящей из мельчайших частиц. Образование звезд, Солнца и
других космический тел, по его мнению, произошло под воздействием сил
притяжения и отталкивания в условиях хаотического движения частиц. Французский
математик П. Лаплас (1796 г.) связывал образование солнечной системы с
вращательным движением разряженной и раскаленной газообразной туманности,
приведшим к возникновению сгустков материи - зародышей планет. По гипотезе
Канта-Лапласа, первоначально раскаленная Земля охлаждалась, сжималась, что
привело к деформации земной коры.
По
гипотезе О. Ю. Шмидта (1943 г.) планетная система образовалась из пылевой и
метеорной материи при попадании ее в сферу Солнца. Первоначально холодные Земля
и другие планеты постепенно разогревались под воздействием энергии
радиоактивного распада гравитационных и других процессов, а затем остывали.
Советский
астроном В. Г. Фесенков в 50-е годы предложил решение проблемы с точки зрения
образования Солнца и планет из общей среды, возникшей в результате уплотнения
газопылевой материи. При этом предполагалось, что Солнце образовалось из
центральной части сгущения, а планеты - из внешней частей.
По
современным представлениям, тела Солнечной системы формировались из первично
холодной космической твердой и газообразной материи путем уплотнения и сгущения
до образования Солнца и прото планет. Астероиды и Метеориты считаются исходным
материалом планет Земной группы (Меркурий, Венера, Земля, и Марс - небольшие по
размерам; высокая плотность, малая масса атмосферы, небольшая скорость вращения
вокруг своей оси); а кометы и метеоры - планет-гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран,
Нептун, Плутон - огромные размеры, низкая плотность, плотная атмосфера с H2, Ge
и метаном, высокая скорость вращения). Формирование современных оболочек Земли
связывается с процессами гравитационной дифференциации первоначального
однородного вещества.
Самая
передовая гипотеза - это объяснение возникновения Вселенной теорией Большого
взрыва. В соответствии с этой теорией ~ 15 млрд. лет назад наша Вселенная была
сжата в комок, в миллиарды раз меньше булавочной головки. По математическим
расчетам ее диаметр был равен, а плотность близка к бесконечности. Такое
состояние называется сингулярным - бесконечная плотность в точечном объеме.
Неустойчивое исходное состояние вещества привело к взрыву, породившему
скачкообразный переход к расширяющейся Вселенной.
Самый
ранний этап развития Вселенной называется инфляционным - его период до 10-33
секунды после взрыва. В результате возникают пространство и время. Размеры
Вселенной в несколько раз превышают размеры современной, вещество отсутствует.
Следующий
этап - горячий. Выброс тела связан с высвободившейся энергией при Большом
взрыве. Излучение нагрело Вселенную до 1027 К. Затем наступил период остывания
Вселенной в течение ~500 тысяч лет. В результате возникла однородная Вселенная.
Переход от однородной к структурной происходил от 1 до 3 млрд. лет.
3.Основные этапы геологической истории: эволюция
литосферы, атмосферы, гидросферы и живого мира.
3.1.Эволюция
литосферы.
Геологическое
развитие Земли характеризуется направленностью и необратимостью всех
геологических событий, в том числе и тектонических, которые привели к
формированию современной сложной структуры литосферы. Известный российский
тектонист В. Е. Ханы. Виктор Ефимович (1914 г.р.) в 1973 году выделил этапы ее
развития:
I.
догеологический (4,6 - 4,5 млрд. лет);
II.
лунный; от образования земной коры до формирования гидросферы (4,5 - 4,0 млрд.
лет);
III.
катархейский, образуется первичная континентальная литосфера, слагающая ядра
будущих материков (4,0 - 3,5 млрд. лет);
IV.
подзднеархейско-раннепротерозойский или раннегеосинклинальный: образование
протогеосинклиналей и первых платформ (3,5 - 2,0 млрд. лет);
V.
среднепротерозойский - раннерифейский или раннеплатформенный, консолидация
первичной континентальной коры, 2,0 - 1,4 млрд. лет;
VI.
позднепротерозойский - палеозойский или геосинклинально-платформенный;
обособление древних платформ и их развитие (1,4 - 0,2 млрд.лет);
VII.
мезозойско-кайнозойский или континентально-океанический; оформление современных
континентов, создание на палеозойских и раннемезозойских складчатых структур
молодых платформ; образование молодых океанов (0,2 млрд. лет).
В
геологическом развитии последних этапов истории Земли наблюдается определенная
направленность: постоянно увеличивается объем литосферы и верхней мантии, а
также размеры устойчивых плит, несмотря на прослеживание противоположного
процесса - океанизация за счет обрушения и развития облаков материков.
Для
направленного развития литосферы характерна цикличность процессов, которые
проявляются преимущественно на различных территориях. Т. о. в истории Земли
наблюдаются определенные этапы развития литосферы, на протяжении которых
тектонические процессы приводят к тектонической перестройке то одних участков
литосферы то других.
При
этом в истории литосферы можно выделить периоды интенсивных тектонических
деформаций, в ходе которых происходжит горообразование. Это явление объясняют
длительной аккумуляцией напряжений в литосфере и последующей их разрядкой в
виде тектонических процессов.
Этапы
тектоногенеза.
Длительные
периоды, по завершении которых тектонические процессы, в т.ч. и
горообразование, проявляются наиболее интенсивно, называются тектоническими
циклами или циклами (этапами) тектоногенеза. Они носят планетарный характер.
В
истории Земли выделяют 11 основных циклов тектоногенеза: от раннеархического до
альпийского (или кайнозойского) незавершенного. В долембрии они имеют
продолжительность 300-600 млн. лет, в фалерозое - 140-170 млн. лет, в кайнозое -
80 млн. лет.
Каждый
тектонический цикл состоит из двух частей: длительного эволюционного развития и
кратковременных активных тектонических деформаций, которые сопровождаются
региональным метаморфизмом, горообразованием.
Завершающая
часть цикла называется эпохой складчатости, для которой характерно окончание
развития отдельных геосинклинальных систем и их превращение в
эпигеосинклинальный ороген, после чего развивается плит форма или образуются
внегеосинклинальные горные сооружения.
Для
эволюционных этапов характерно:
-
длительное прогибание геос-их (подвижных) областей и накопление в них мощных
осадочных и осадочно-вулканических толщ;
-
выравнивание рельефа суши (разрушение гор, плоскостной смыв с платформенных
равнин и т.д.);
-
обширные опускания окраин платформ, прилегающих к геосинклинальным областям,
затопление их водами эпиконтинентальных морей;
-
выравнивание климатических условий, что связано с широким распространением
мелких темных эпиконтинентальных морей и увлажнением климата материков; в
нижних слоях атмосферы происходит аккумуляция солнечной энергии; исчезают
области определения;
-
возникновение благоприятных условий для жизни и широкого расселения фауны и
флоры.
Эти
этапы эволюционного развития Земли называют таласократическими. Для них
характерно широкое развитие морских отложений, развитие растительности и соотв.
Формирование угольных залежей, бурное развитие жизни в морях, формирование
нефтегазоносных толщ, карб. Пород в теплых морях.
Эпохам
складчатости и горообразования присущи следующие черты:
-
широкое развитие горообразовательных движений в геос. областях, колебательных
движений на платформах;
-
проявление мощного интрузивного, а затем и эффузивного магматизма;
-
поднятие окраин платформ, прилегающих к эпиогеосинклинальным областям,
регрессии эпиконтинентальных морей и усложнение рельефов суши;
-
континентализация климатов, успокоение климатических условий, усиление
зональности, расширение пустынь и появление областей континентального
оледенения (в горах и у помостов).
-
ухудшение условий для развития органического мира, в результате чего происходит
вымирание господствующих и высокоспециализированных форм и появление новых.
Условия
этих эпох складчатости называются геократическими, т.е. этапы относительного
увеличения суши.
На
Земле развиты континентальные отложения с частыми красно цветными образованиями
(иногда карбональными, загипсованными и засоленными), имеющими разнообразный
генезис (образование в пустынях, лагунах, солоноватых или пресных озерах, дельтах
рек, на равнинах и предгорьях).
3.2.Эволюция
атмосферы
Атмосфера
не всегда имела современный состав и строение. Первичная гелиево-водородная
атмосфера была утеряна Землей при разогреве. Из образовавшего планету вещества,
при ее формировании выделялись различные газы. Особенно интенсивно это
происходило в процессе тектонической деятельности: при образовании трещин и
разломов.
Вероятно,
атмосфера и гидросфера разделись не сразу. Некоторое время Землю обволакивал
мощный слой из водяного пара и газов (CO, CO2, HF, H2, S, NH3, CH4);
малопроницаемых для солнечных лучей. Эта оболочка имела температуру ~ +100° С.
При понижении температуры произошло разделение этой оболочки на атмосферу и
гидросферу. Свободного кислорода в этой атмосфере не было. Он должен был
выделяться из земного вещестьва и образовывался за счет размножения молекул
водяного пара, но расходовался на процессы окисления. Из-за отсутствия озона
атмосфера не предохраняла Землю от коротковолнового излучения Солнца.
Значительное количество соединений водорода на Земле - последствия его
преобладания в первичной атмосфере.
Вулканические
процессы обогатили атмосферу углекислым газом. Понадобилось длительное время,
прежде чем в результате реакции с другими элементами и фотосинтеза произошло
поглощение большого количества углерода из атмосферы. В конце PZ состав
атмосферы в целом уже мало отличался от современного: она стала
азотно-кислородной. Состав современной атмосферы как и в ранние геологические
эпохи регулируется организмами.
Атмосфера
находится в непрерывном взаимодействии с другими оболочками Земли, обмениваясь
веществом и энергией, и постоянно испытывает влияние Космоса и Солнца.
3.3.Эволюция гидросферы.
Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая
химически не связанную воду независимо от ее состояния: жидкую, твердую,
газообразную.
Земля - самая водная планета Солнечной системы:
более 70% ее поверхности покрыто водами Мирового океана.
Вероятно, гидросфера образовалась одновременно с
литосферой и атмосферой в результате остывания и дегазации вещества мантии.
Химически связанная вода была уже в веществе холодного газово-пылевого
протопланетного облака. Под влиянием глубинного тепла Земли она выделялась и
перемещалась к поверхности Земли. Первичный океан, возможно, покрывал почти всю
Землю, но не был глубоким. Океаническая вода, вероятно, была теплой, высоко
минерализованной. Океан углублялся, а площадь его сокращалась. С поверхности
Океана испарялась влага, выпадали обильные дожди.
Пресная вода на суше - результат прохождения
океанской воды через атмосферу. Выделение воды из магмы продолжается до
настоящего времени. При извержении вулканов выделяется в среднем за год 1,3108т
воды. Термальные источники и фумаролы выносят 108 т.
Если допустить, что поступление воды из мантии в
литосферу и на ее поверхность было равномерным и составляло в год на 1 см2
поверхности планеты всего 0,00011г, то и этого достаточно, чтобы за время
существования Земли образовалась гидросфера.
Предполагают также поступления воды из космоса в
результате падения на Землю ледяных ядер комет, но ее количество в этом случае
невелико.
Гидросфера также теряет воду с испарением ее в
Космос, где под действием у/ф лучей H2O распадается на H2 и O2.
3.4.Эволюция животного мира (биосферы).
Активное взаимодействие атмосферы, гидросферы и
литосферы при участии солнечной энергии и внутреннего тепла Земли было
важнейшей предпосылкой возникновения жизни.
Данные палеонтологических исследований позволяют
предполагать, что примитивнейшие организмы сформировались из белковых структур
в конце AR1 (т.е. ~3 млрд. лет назад). Первые одноклеточные организмы,
способные к фотосинтезу, возникли около 2,7 млрд. лет назад, а первые
многоклеточные животные - не менее чем на 1-1,5 млрд. лет позже.
В условиях отсутствия озонового экрана местами
развития жизни вероятно были прибрежные части морей и внутренние водоемы, на
дно которых проникал солнечный свет, а вода не пропускала у/фиолетовую
радиацию. Из соединений образовались многомолекулярные системы,
взаимодействующие со средой.
В ходе эволюции они приобрели свойства живых
организмов: размножение, обмен веществ, рост и т.д.
Водная среда способствовала обмену веществ, была
опорой для организмов без скелета. Первые живые организмы появились в условиях
теплого и влажного климата (в при экваториальной широте), поскольку колебания
температуры губительны для зарождающейся жизни.
Длительное время жизнь ╚размещалась╩
в географической оболочке пятнами, ╚пленка жизни╩ была очень
прерывистой. Со временем масса живого вещества быстро увеличивалась, формы
жизни становились сложнее и разнообразнее, области ее распространения
расширялись, усложнялись взаимосвязи с другими компонентами географической
оболочки.
Широкому и быстрому распространению жизни на
Земле способствовали приспособляемость к среде и возможности размножения.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ecosoft.iatp.org.ua/