22
Ми-ни-стер-ст-во об-ра-зо-ва-ния и нау-ки Рос-сий-ской Фе-де-ра-ции
ПЕН-ЗЕН-СКИЙ ГО-СУ-ДАР-СТ-ВЕН-НЫЙ УНИ-ВЕР-СИ-ТЕТ
КА-ФЕД-РА «ФИЗИКА»
РЕФЕРАТ по дисциплине
«Концепции современного естествознания»
Тема № 38: «ГЕОСФЕРА КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ
ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ»
Вы-пол-ни-ла:
сту-дент-ка груп-пы 05Ю1
Му-рае-ва Д.Ю.
Про-ве-рила:
доцент Суровицкая Г.В.
Пен-за 2006
Содержание:
I. Введение.
II. Основная часть.
1. Строение Земли.
2. Истории геосферных оболочек Земли.
3. Геосферные оболочки и их строение.
4. Асимметричность процессов, протекающих в геосферах.
5. Современные концепции развития геосфер.
III. Заключение.
I. Вве-де-ние
Фи-зи-че-ские, кос-мо-ло-ги-че-ские, хи-ми-че-ские кон-цеп-ции под-во-дят вплот-ную к пред-став-ле-ни-ям о Зем-ле, ее про-ис-хо-ж-де-нии, строе-нии и раз-но-об-раз-ней-ших свой-ст-вах. Ком-плекс на-ук о Зем-ле обыч-но на-зы-ва-ют гео-ло-ги-ей (греч. geо - Зем-ля). Зем-ля - ме-сто и не-об-хо-ди-мое ус-ло-вие су-ще-ст-во-ва-ния че-ло-ве-че-ст-ва. По этой при-чи-не гео-ло-ги-че-ские кон-цеп-ции име-ют для че-ло-ве-ка на-сущ-ней-шее зна-че-ние. Гео-ло-ги-че-ские кон-цеп-ции воз-ни-ка-ют не са-мо-про-из-воль-но, они яв-ля-ют-ся ито-гом кро-пот-ли-вей-ших на-уч-ных изы-ска-ний.
Зем-ля - уни-каль-ный кос-ми-че-ский объ-ект. Пла-не-тар-ный взгляд на все про-ис-хо-дя-щие на Зем-ле про-цес-сы сфор-ми-ро-вал-ся в эпо-ху Ве-ли-ких гео-гра-фи-че-ских от-кры-тий. Эта эпо-ха ох-ва-ты-ва-ет XV - XV?? вв., ко-гда че-ло-век су-мел взгля-нуть на Зем-ной шар как на еди-ное це-лое. Ори-ен-та-ция на та-кой «взгляд» оп-ре-де-ли-ла «дух» всей по-сле-дую-щей эпо-хи, вплоть до се-ре-ди-ны XX сто-ле-тия (до ис-чез-но-ве-ния «бе-лых пя-тен» на пла-не-те). Все уст-рем-ле-ния то-го пе-рио-да бы-ли на-прав-ле-ны на дос-ти-же-ние пол-но-ты пред-став-ле-ний о Зем-ном ша-ре, что ста-ло воз-мож-ным в XX в. бла-го-да-ря по-яв-ле-нию аэ-ро-фо-то-съем-ки, а за-тем бла-го-да-ря воз-мож-но-стям фо-то-гра-фи-ро-вать Зем-лю из кос-мо-са. По-сле это-го поя-ви-лась воз-мож-ность сфор-му-ли-ро-вать ис-ход-ные по-ня-тия фи-зи-че-ской гео-гра-фии, соз-дать фун-да-мент для ис-сле-до-ва-ния зем-ных обо-ло-чек, гео-сфер. Этот пе-ри-од мож-но на-звать «пе-ре-ва-лом», пре-одо-лев ко-то-рый, од-на из важ-ней-ших на-ук ес-те-ст-во-зна-ния - гео-гра-фия пре-вра-ти-лась в стро-гую науку, и на-ча-лось ак-тив-ное изу-че-ние гео-сфер.
Со-вре-мен-ная гео-ло-гия кон-ста-ти-ру-ет тот факт, что Зем-ля име-ет слож-ную и еще не-дос-та-точ-но изу-чен-ную ис-то-рию раз-ви-тия. Зем-ля - это объ-ект, ко-то-рый про-дол-жа-ет на-хо-дить-ся в про-цес-се ста-нов-ле-ния. По-это-му изу-че-ние строе-ния Зем-ли ак-ту-аль-но и по сей день. В сво-ей ра-бо-те я по-ста-ра-юсь пе-ре-чис-лить и дать ха-рак-те-ри-сти-ку ос-нов-ным гео-сфер-ным обо-лоч-кам Зем-ли. А так-же рас-крыть кон-цеп-ции раз-ви-тия гео-сфер в со-вре-мен-ном ес-те-ст-во-зна-нии и экс-пе-ри-мен-ты со-вре-мен-ных уче-ных, по-пол-нив-шие кар-ти-ну недр Зем-ли.
II. Ос-нов-ная часть
1. Строе-ние Зем-ли
О строе-нии Зем-ли гео-ло-ги су-дят в ос-нов-ном по сейс-ми-че-ским дан-ным, по-лу-чае-мым при ре-ги-ст-ра-ции ко-ле-ба-ний, вы-зы-вае-мых зем-ле-тря-се-ния-ми и атом-ны-ми взры-ва-ми. При этом учи-ты-ва-ет-ся ско-рость пе-ре-да-чи ко-ле-ба-ний, а так-же тот факт, что про-доль-ные вол-ны рас-про-стра-ня-ют-ся в лю-бой сре-де - жид-кой, твер-дой, га-зо-об-раз-ной, а по-пе-реч-ные лишь в сре-дах, об-ла-даю-щих боль-шой уп-ру-го-стью, т.е. в твер-дых объ-ек-тах. Про-доль-ные вол-ны свя-за-ны со сжа-ти-ем сре-ды (лю-бой). В по-пе-реч-ной вол-не час-ти-цы сре-ды ко-леб-лют-ся в плос-ко-сти, пер-пен-ди-ку-ляр-ной на-прав-ле-нию рас-про-стра-не-ния про-доль-ной вол-ны. По-пе-реч-ные вол-ны свя-за-ны с де-фор-ма-ци-ей сдви-га уп-ру-гой сре-ды. При-ме-ром по-пе-реч-ных волн яв-ля-ют-ся ко-ле-ба-ния, рас-про-стра-няю-щие-ся вдоль струн му-зы-каль-ных ин-ст-ру-мен-тов.
Итак, сейс-ми-че-ские дан-ные по-зво-ля-ют су-дить о про-стран-ст-вен-ных па-ра-мет-рах Зем-ли и ее струк-тур-ных ком-по-нен-тов, рав-но как о их аг-ре-гат-ном со-стоя-нии. Важ-ные све-де-ния о строе-нии Зем-ли по-лу-че-ны так-же в ре-зуль-та-те сверх-глу-бо-ко-го бу-ре-ния (Коль-ская сква-жи-на име-ет глу-би-ну бо-лее 12 км).
В гло-баль-ном мас-шта-бе фор-ма Зем-ли луч-ше все-го ап-прок-си-ми-ру-ет-ся эл-лип-сои-дом вра-ще-ния - рав-но-вес-ной фи-гу-рой вра-щаю-щей-ся од-но-род-ной жид-ко-сти. Фор-ма Зем-ли (гео-ид) не-зна-чи-тель-но от-ли-ча-ет-ся от сфе-рои-да вра-ще-ния. Имен-но по-это-му гео-гра-фи-че-ские гло-бу-сы из-го-тав-ли-ва-ют в фор-ме ша-ров. У со-вре-мен-ной Зем-ли по-ляр-ный ра-ди-ус Rп = 6356, 78 км, а эк-ва-то-ри-аль-ный Rэ = 6378, 16 км. Мас-са Зем-ли Мз = 5,98 1024 кг, а сред-няя плот-ность ?з = 5, 52 г/см 3.
Строе-ние Зем-ли очень слож-ное, оно по-сто-ян-но де-та-ли-зи-ру-ет-ся. По-сколь-ку Зем-ля име-ет фор-му ша-ра, то ее струк-тур-ные час-ти обыч-но пред-став-ля-ют в ви-де сфер-ных обо-ло-чек, чис-ло ко-то-рых рас-тет вме-сте с раз-ви-ти-ем гео-ло-ги-че-ско-го зна-ния. Для на-ча-ла рас-смот-рим внут-рен-ние гео-сфер-ные обо-лоч-ки.
Пер-во-на-чаль-но Зем-ля мно-ги-ми людь-ми вос-при-ни-ма-лась как твер-дый шар, бо-лее или ме-нее од-но-род-ный. За-тем, в ча-ст-но-сти в свя-зи с же-ла-ни-ем ос-мыс-лить ог-нен-ные вы-бро-сы вул-ка-нов, воз-ник-ло пред-став-ле-ние о двух-сту-пен-ча-той струк-ту-ре Зем-ли: внут-рен-няя обо-лоч-ка, ман-тия, по-кры-та зем-ной ко-рой. Пе-ре-ход к трех-сту-пен-ча-той струк-ту-ре Зем-ли был свя-зан с вы-де-ле-ни-ем яд-ра Зем-ли. Даль-ней-шая диф-фе-рен-циа-ция пред-став-ле-ний о струк-ту-ре Зем-ли ока-за-лась свя-зан-ной с вы-де-ле-ни-ем ее свое-об-раз-ных по-до-бо-ло-чек.
Со-глас-но со-вре-мен-ным воз-зре-ни-ям, яд-ро Зем-ли со-сто-ит из внут-рен-не-го и внеш-не-го яд-ра. Ман-тия Зем-ли со-сто-ит из верх-ней, сред-ней и ниж-ней ман-тии, от-де-лен-ных друг от дру-га раз-де-ла-ми. Что ка-са-ет-ся зем-ной ко-ры, то она от-де-ле-на от верх-ней час-ти ман-тии, пре-вра-тив-шей-ся в ре-зуль-та-те ос-ты-ва-ния в гор-ную по-ро-ду, раз-де-лом Мо-хо-ро-ви-чи-ча. Зем-ная ко-ра, раз-дел Мо-хо-ро-ви-чи-ча и упо-мя-ну-тая верх-няя часть ман-тии об-ра-зу-ют ли-то-сфе-ру (от греч. litos - ка-мень). К ли-то-сфе-ре при-мы-ка-ет ас-те-но-сфе-ра (от греч. astenes - сла-бый), слой по-ни-жен-ной вяз-ко-сти в верх-ней час-ти ман-тии Зем-ли. Над зем-ной ко-рой на-хо-дит-ся ат-мо-сфе-ра, а об-лас-ти океа-нов, мо-рей, озер и рек об-ра-зу-ют гид-ро-сфе-ру. Маг-нит-ное по-ле Зем-ли об-ра-зу-ет ее маг-ни-то-сфе-ру.
Итак, вос-хо-ж-де-ние от цен-тра Зем-ли к ее пе-ри-фе-рии свя-за-но с пе-ре-се-че-ни-ем сле-дую-щих гео-сфер-ных обо-ло-чек:
1) внут-рен-не-го яд-ра Зем-ли;
2) внеш-не-го яд-ра Зем-ли;
3) ниж-ней ман-тии Зем-ли;
4) сред-ней ман-тии Зем-ли;
5) верх-ней ман-тии Зем-ли;
6) ас-те-но-сфе-ры;
7) ниж-не-го слоя ли-то-сфе-ры;
8) раз-де-ла Мо-хо-ро-ви-чи-ча;
9) зем-ной ко-ры (верх-не-го слоя ли-то-сфе-ры);
10) гид-ро-сфе-ры;
11) ат-мо-сфе-ры;
12) маг-ни-то-сфе-ры.
2. Ис-то-рии гео-сфер-ных обо-ло-чек Зем-ли
Ис-то-рии эво-лю-ции гео-сфер-ных обо-ло-чек Зем-ли со-пря-же-ны друг с дру-гом, но ка-ж-дая из этих ис-то-рий име-ет свои весь-ма свое-об-раз-ные эта-пы.
ИС-ТО-РИЯ ЯД-РА ЗЕМ-ЛИ
Фор-ми-ро-ва-ние яд-ра Зем-ли на-ча-лось при-мер-но 4,6 10 9 лет на-зад (от-счет вре-ме-ни ве-дет-ся по на-прав-ле-нию от про-шло-го к со-вре-мен-но-сти). Со-от-вет-ст-вую-щие рас-че-ты по-ка-зы-ва-ют, что оно осо-бен-но ин-тен-сив-ным бы-ло в пе-ри-од 3 - 2,6 10 9 лет то-му на-зад. По-сле 2,6 млрд лет на-ра-щи-ва-ние мас-сы зем-но-го яд-ра на-ча-ло рез-ко, а по-том плав-но убы-вать. В на-ши дни мас-са яд-ра уве-ли-чи-ва-ет-ся, со-глас-но рас-че-там, на 130 млрд т в год. «Ме-тал-ли-че-ское же-ле-зо» по-ки-ну-ло ман-тию Зем-ли при-мер-но 500 млн лет то-му на-зад, ос-тав-ший-ся в ней маг-не-тит (Fe 3O4) рас-па-да-ет-ся: 2Fe3О4> 3FeO + 5O, при этом FeO пе-ре-хо-дит во внеш-нее яд-ро Зем-ли. Ос-ты-ва-ние Зем-ли при-ве-дет к час-тич-но-му или пол-но-му затвердеванию, как ее ман-тии, так и яд-ра. Даль-ней-шая судь-ба на-шей пла-не-ты бу-дет за-ви-сеть в пер-вую оче-редь от Солн-ца - пе-ре-хо-да его в со-стоя-ние бе-ло-го кар-ли-ка, что бу-дет со-про-во-ж-дать-ся ги-гант-ским вы-бро-сом из-лу-че-ния, ко-то-рое «опа-лит» Зем-лю.
Из всех гео-сфер-ных обо-ло-чек наи-боль-шие шан-сы уце-леть в «сол-неч-ной па-рил-ке» име-ет как раз зем-ное яд-ро. Оно, на-до по-ла-гать, ра-зо-гре-ет-ся, за-тем вновь ос-ты-нет и ста-нет кос-ми-че-ским пу-те-ше-ст-вен-ни-ком, ко-то-рый ли-бо под дей-ст-ви-ем из-лу-че-ния бу-дет мед-лен-но рас-сеи-вать-ся, ли-бо, по слу-чаю, уго-дит «в топ-ку» не-ве-до-мой нам звез-ды.
ИС-ТО-РИЯ МАН-ТИИ ЗЕМ-ЛИ
По сво-ему ве-ще-ст-вен-но-му со-ста-ву ман-тия пла-не-ты наи-бо-лее близ-ка к со-ста-ву пер-вич-но-го ве-ще-ст-ва Зем-ли. Тем не ме-нее, имен-но в ней про-цес-сы хи-ми-ко-плот-но-ст-ной диф-фе-рен-циа-ции идут наи-бо-лее энер-гич-но: на про-тя-же-нии 4 млрд лет она про-хо-дит все но-вые ста-дии сво-его ве-ще-ст-вен-но-го обед-не-ния. Тя-же-лое ве-ще-ст-во ухо-дит к цен-тру пла-не-ты - в ее яд-ро. Лег-кие эле-мен-ты пе-ре-ме-ща-ют-ся в ли-то-, ат-мо-, и гид-ро-сфе-ру. Из ман-тии Зем-ли пол-но-стью ис-чез-ли FeS, Fe, Ni, по срав-не-нию с со-ста-вом пер-вич-ной Зем-ли она су-ще-ст-вен-но обед-не-ла лег-ки-ми ве-ще-ст-ва-ми (Ka2O, Na2O, N2 , H2 и др.). Вме-сте с тем про-ис-хо-дя-щая в ман-тии хи-ми-ко-плот-но-ст-ная диф-фе-рен-циа-ция при-во-дит к рос-ту в про-цент-ном со-дер-жа-нии оки-слов крем-ния (SiO2) и маг-ния (MgO). В сум-ме эти два окис-ла со-став-ля-ют око-ло 83% со-ста-ва со-вре-мен-ной ман-тии (про-тив 57% в со-ста-ве пер-вич-но-го ве-ще-ст-ва Зем-ли).
Со-вре-мен-ная ман-тия вся ох-ва-че-на мощ-ны-ми кон-век-тив-ны-ми дви-же-ния-ми, за счет ко-то-рых те-п-ло-вая энер-гия яд-ра и ман-тии пе-ре-да-ет-ся дру-гим гео-сфер-ным обо-лоч-кам. Те-п-ло-по-те-ри Зем-ли не-из-мен-но при-ве-дут к ее ос-ты-ва-нию и пе-ре-хо-ду ман-тии в твер-дое, ли-то-сфер-ное со-стоя-ние. Пе-ре-ход Солн-ца в со-стоя-ние бе-ло-го кар-ли-ка, ви-ди-мо, бу-дет свя-зан с ис-па-ре-ни-ем зна-чи-тель-ной час-ти ли-то-сфе-ры,ко-то-рая к то-му вре-ме-ни бу-дет со-став-лять в фа-зо-вом от-но-ше-нии еди-ное це-лое с за-твер-дев-шей ман-ти-ей пла-не-ты.
ИС-ТО-РИЯ ЛИ-ТО-СФЕ-РЫ
Ли-то-сфе-ра об-ра-зу-ет-ся в про-цес-се ос-ты-ва-ния и кри-стал-ли-за-ции час-тич-но рас-плав-лен-но-го ве-ще-ст-ва ман-тии Зем-ли. Ее час-то на-зы-ва-ют «си-ли-кат-ным льдом». Име-ет-ся в ви-ду, что ли-то-сфе-ра, со-стоя-щая в ос-нов-ном из си-ли-ка-тов, т.е. со-лей крем-ние-вых ки-слот, со-дер-жа-щих SiO4, фор-ми-ру-ет-ся по-доб-но об-ра-зо-ва-нию льда при за-мер-за-нии во-ды. Ее фор-ми-ро-ва-ние на-ча-лось 4 - 3,5 млрд лет то-му на-зад. Око-ло 2 млрд лет уш-ло на фор-ми-ро-ва-ние су-пер-кон-ти-нен-та Пан-геи. По-сле-дую-щая тек-то-ни-че-ская дея-тель-ность Зем-ли при-во-дит к рас-ка-лы-ва-нию Пан-геи и об-ра-зо-ва-нию но-вых су-пер-кон-ти-нен-тов.
Страницы: 1, 2, 3
