ИС-ТО-РИЯ ГИД-РО-СФЕ-РЫ
Мо-ло-дая Зем-ля бы-ла ли-ше-на гид-ро-сфе-ры. По-след-няя поя-ви-лась бла-го-да-ря де-га-за-ции Зем-ли, ини-ции-руе-мой из-ли-вав-ши-ми-ся на ее из-на-чаль-ную по-верх-ность ман-тий-ны-ми рас-пла-ва-ми, ко-то-рые, по-пав в ус-ло-вия с ми-ни-маль-ным дав-ле-ни-ем, вски-па-ли (как из-вест-но, тем-пе-ра-ту-ра ки-пе-ния тем ни-же, чем мень-ше дав-ле-ние) и вы-де-ля-ли ле-ту-чие ве-ще-ст-ва, в том чис-ле па-ры во-ды. Чем силь-нее на-рас-та-ли кон-век-тив-ные яв-ле-ния в ман-тии, тем ча-ще и в боль-шей мас-се из-вер-га-лись на по-верх-ность Зем-ли по-то-ки маг-мы, тем боль-ше ста-но-вил-ся объ-ем пер-во-на-чаль-но не-глу-бо-ко-го океа-на. Из-за по-гло-ще-ния час-ти во-ды океа-ни-че-ской, а так-же кон-ти-нен-таль-ной ко-рой глу-би-на океа-на уве-ли-чи-ва-лась мед-лен-но. И лишь по-сле пол-но-го на-сы-ще-ния во-дой сер-пан-ти-но-во-го слоя океа-ни-че-ской ко-ры, а про-изош-ло это око-ло 2,2 млрд лет на-зад, дно океа-на ста-ло бы-ст-ро опус-кать-ся (до сред-ней глу-би-ны со-вре-мен-но-го океа-на).
Наи-боль-ший при-ток во-ды про-ис-хо-дил в пе-ри-од ох-ва-та кон-век-тив-ны-ми дви-же-ния-ми всей ман-тии Зем-ли, т.е. око-ло 2,6 млрд лет на-зад. При-ток во-ды в Ми-ро-вой оке-ан име-ет ме-сто и в на-ши дни, он бу-дет про-дол-жать-ся в даль-ней-шем. Ос-лаб-ле-ние тек-то-ни-че-ской ак-тив-но-сти Зем-ли, ос-ты-ва-ние ее ман-тии, об-ра-зо-ва-ние в этой свя-зи осо-бо глу-бо-ких океа-ни-че-ских впа-дин и по-гло-ще-ние час-ти во-ды глу-бо-ко за-ле-гаю-щи-ми оса-доч-ны-ми по-ро-да-ми океа-ни-че-ской ли-то-сфе-ры при-ве-дет к то-му, что бу-дут вновь вид-ны сре-дин-но-океа-ни-че-ские хреб-ты. Пре-вра-ще-ние Солн-ца в бе-лый кар-лик при-ве-дет че-рез 5 млрд лет к та-ко-му мо-гу-че-му по-то-ку из-лу-че-ния, что он ис-па-рит весь Ми-ро-вой оке-ан. Воз-ник-ше-му од-на-ж-ды, ему не су-ж-де-но су-ще-ст-во-вать веч-но.
ИС-ТО-РИЯ АТ-МО-СФЕ-РЫ
Со-глас-но не-клас-си-че-ской кон-цеп-ции гло-баль-ной эво-лю-ции Зем-ли, ис-тория ат-мо-сфе-ры свя-за-на с де-га-за-ци-ей пла-не-ты от-нюдь не мень-ше, чем ис-то-рия гид-ро-сфе-ры. По-ла-га-ют, од-на-ко, что уже на ран-них эта-пах сво-ей эво-лю-ции (4,7 - 4 млрд. лет на-зад) Зем-ля, еще не при-об-ре-тя гид-ро-сфе-ры, уже об-ла-да-ла ат-мо-сфе-рой, но край-не раз-ря-жен-ной. Она, ви-ди-мо, со-стоя-ла глав-ным об-ра-зом из ле-ту-чих со-еди-не-ний, ко-то-рые рас-про-стра-не-ны в кос-мо-се, т.е. H2, He, N2, CH4, NH3, H2O, CO2, CO. Ро-ж-де-ние плот-ной ат-мо-сфе-ры ока-за-лось свя-зан-ным с вы-де-ле-ни-ем тех ле-ту-чих со-еди-не-ний, ко-то-рые по-па-ли на Зем-лю в свя-зан-ном со-стоя-нии: во-да - с гид-ро-си-ли-ка-та-ми, азот - с нит-ри-да-ми и нит-ра-та-ми, уг-ле-кис-лый газ - с кар-бо-на-та-ми и т. д. Под-лин-ным ди-на-ми-че-ским ис-точ-ни-ком ат-мо-сфе-ры Зем-ли ока-за-лась ее на-чав-шая-ся ак-тив-ная де-га-за-ция (4 млрд лет на-зад). Око-ло 3 млрд лет на-зад зем-ля бы-ла оку-та-на плот-ной, со-стоя-щей в ос-нов-ном из азо-та (N2) и уг-ле-ки-сло-го га-за (CO2) ат-мо-сфе-рой с дав-ле-ни-ем до 4 атм. По-сле-дую-щая ис-то-рия Зем-ли свя-за-на в ос-нов-ном со свое-об-раз-ной «за-ме-ной» уг-ле-ки-сло-го га-за на ки-сло-род.
На-сы-ще-ние сер-пен-ти-но-во-го слоя океа-ни-че-ской ко-ры во-дой со-про-во-ж-да-лось свя-зы-ва-ни-ем CO2 в кар-бо-на-тах (до-ло-ми-тах). Мож-но по-ка-зать, что при из-быт-ке уг-ле-ки-сло-го га-за в ат-мо-сфе-ре ре-ак-ции гид-ро-та-ции со-про-во-ж-да-ют-ся его свя-зы-ва-ни-ем в кар-бо-на-тах. Ти-пич-ная в этом смыс-ле ре-ак-ция вы-гля-дит сле-дую-щим об-ра-зом:
Mg2SiO4 + 4H2O + 2CO2 > Mg6[Si4O10](OH)8 + 2MgCO3.
Оли-вин Сер-пен-тин Маг-не-зит Сер-пен-ти-нит
Сер-пен-ти-ни-за-ция океа-ни-че-ской ко-ры при-ве-ла к «из-вле-че-нию» уг-ле-ки-сло-го га-за из ат-мо-сфе-ры, его пар-ци-аль-ное дав-ле-ние сни-зи-лось поч-ти до со-вре-мен-но-го. Обед-не-ние ат-мо-сфе-ры CO2 - га-зом, ко-то-рый за-дер-жи-ва-ет ин-фра-крас-ное (те-п-ло-вое) из-лу-че-ние Зем-ли, при-ве-ло к рез-ко-му сни-же-нию при-зем-ной тем-пе-ра-ту-ры (с 90 до 6 ?С). Со-про-во-ж-да-лось это (2,4 млн лет на-зад) гран-ди-оз-ным оле-де-не-ни-ем.
Ак-тив-ную роль в из-вле-че-нии уг-ле-ки-сло-го га-за из ат-мо-сфе-ры сыг-ра-ли так-же зе-ле-ные рас-те-ния и фо-то-син-те-зи-рую-щие мик-ро-ор-га-низ-мы. Речь идет о про-цес-се фо-то-син-те-за, сум-мар-ное вы-ра-же-ние ко-то-ро-го, как из-вест-но, вы-гля-дит сле-дую-щим об-ра-зом:
6CO2 + 6H2O > C6H12O6 + 6O2
Хло-ро-филл (фо-то-син-тез про-хо-дит с уча-сти-ем хло-ро-фил-ла, по-гло-щаю-ще-го кван-ты све-та).
На-сы-ще-ние ат-мо-сфе-ры ки-сло-ро-дом про-ис-хо-ди-ло так-же бла-го-да-ря фо-то-дис-со-циа-ции па-ров во-ды ко-рот-ко-вол-но-вым из-лу-че-ни-ем Солн-ца
H2O > HO + O
и га-ло-ге-ни-за-ции оки-слов ще-лоч-ных и ще-лоч-но-зе-мель-ных ме-тал-лов
Na2O + 2Cl > 2NaCl + O; CaO + 2F > CaF2 + O
(га-ло-ге-на-ми яв-ля-ют-ся хлор и фтор).
В на-сы-ще-нии ат-мо-сфе-ры ки-сло-ро-дом до-ми-ни-ру-ет био-ге-нез, а аут-сай-де-ром яв-ля-ет-ся га-ло-ге-нез.
Да-ле-ко не весь ки-сло-род пе-ре-хо-дил не-по-сред-ст-вен-но в ат-мо-сфе-ру. Его мощ-ным по-гло-ти-те-лем яв-ля-лось сво-бод-ное же-ле-зо:
2Fe + O2 > 2FeO.
Сво-бод-ное же-ле-зо ис-чез-ло из ман-тии Зем-ли око-ло 600 млн лет на-зад. Это спо-соб-ст-во-ва-ло рос-ту вы-хо-да ки-сло-ро-да в ат-мо-сфе-ру, что бла-го-при-ят-ст-во-ва-ло бы-ст-ро-му раз-ви-тию мно-го-кле-точ-ных ор-га-низ-мов.
В со-вре-мен-ных ус-ло-ви-ях вы-де-ляю-щий-ся в ман-тии ки-сло-род час-тич-но по-гло-ща-ет-ся:
3FeO + O > Fe3O4.
Рас-че-ты по-ка-зы-ва-ют, что че-рез 600 млн лет со-дер-жа-щее-ся в ман-тии же-ле-зо ока-жет-ся в со-стоя-нии маг-не-ти-та (Fe3O4). Маг-не-тит ус-той-чив в ман-тии, но при пе-ре-хо-де в яд-ро Зем-ли оно рас-па-да-ет-ся:
2Fe3O4 > 3FeO +5O.
Сво-бод-ный ки-сло-род, не встре-чая пре-пят-ст-вий, че-рез риф-то-вые зо-ны уст-ре-мит-ся в ат-мо-сфе-ру. Это, со-глас-но рас-че-там, при-ве-дет к быс-тро-му рос-ту дав-ле-ния ат-мо-сфе-ры (10 атм), при-зем-ная тем-пе-ра-ту-ра дос-тиг-нет 250 ?С. По-сле вски-па-ния во-ды океа-нов дав-ле-ние воз-рас-тет до 350 атм, а при-зем-ная тем-пе-ра-ту-ра дос-тиг-нет 450 ?С. В но-вых об-стоя-тель-ст-вах жизнь ока-жет-ся не-воз-мож-ной. Ис-то-рия жиз-ни ат-мо-сфе-ры пре-рвет-ся че-рез 5 млрд лет, по-сле взры-ва Солн-ца. Ат-мо-сфе-ра не смо-жет про-ти-во-сто-ять сол-неч-но-му из-лу-че-нию и бу-дет им ис-па-ре-на.
3. Геосферные оболочки их строение.
Зем-ных обо-ло-чек, или гео-сфер, вы-де-ля-ют очень мно-го.
Внут-рен-нее яд-ро Зем-ли пред-став-ля-ет со-бой шар диа-мет-ром 2500 км и име-ет кри-стал-ли-че-скую струк-ту-ру. Сейс-мо-ло-ги за-ме-ти-ли, что вол-ны зем-ле-тря-се-ний, про-бе-гаю-щие пла-не-ту от края до края, за-тра-чи-ва-ют на свой путь в за-ви-си-мо-сти от его на-прав-ле-ния раз-лич-ные про-ме-жут-ки вре-ме-ни. Это об-стоя-тель-ст-во со-гла-су-ет-ся с рас-че-та-ми, ко-то-рые по-ка-зы-ва-ют, что внут-рен-нее яд-ро Зем-ли, яв-ля-ясь кри-стал-лом, об-ла-да-ет ани-зо-троп-ны-ми свой-ст-ва-ми, оно про-пус-ка-ет сейс-ми-че-ские вол-ны в од-ном на-прав-ле-нии с боль-шей ско-ро-стью, чем в дру-гом. Ра-зу-ме-ет-ся, речь идет о весь-ма спе-ци-фи-че-ском кри-стал-ле. Его тем-пе-ра-ту-ра пре-вы-ша-ет 4000 ?С, но бла-го-да-ря ги-гант-ско-му дав-ле-нию он со-хра-ня-ет свою кри-стал-ли-че-скую при-ро-ду. Внут-рен-нее яд-ро Зем-ли бо-лее чем на 90% со-сто-ит из же-ле-за.
Аме-ри-кан-ские гео-фи-зи-ки Ро-нальд Ко-хен и Ларс Штих-ру-де опуб-ли-ко-ва-ли эту ги-по-те-зу в на-уч-ном жур-на-ле «Science» (США). Они пи-шут, что ги-по-те-за мо-жет объ-яс-нить мно-гие свой-ст-ва на-шей пла-не-ты, ка-жу-щие-ся по-ка за-га-доч-ны-ми. На-при-мер, не-ко-то-рые осо-бен-но-сти маг-нит-но-го по-ля или по-ве-де-ние во вре-мя пе-ре-по-лю-сов-ки, т.е. ко-гда Се-вер-ный маг-нит-ный по-люс ста-но-вит-ся Юж-ным и на-обо-рот, что бы-ва-ло не-од-но-крат-но.
Ги-по-те-зе о сверх-кри-стал-ле внут-ри пла-не-ты (ав-то-ры срав-ни-ва-ют его с брил-ли-ан-том в цен-тре Зем-ли) при-влек-ла вни-ма-ние сейс-мо-ло-гов, ко-то-рые за-ме-ти-ли, что вол-ны зем-ле-тря-се-ний за-тра-чи-ва-ют на свой путь на 4 се-кун-ды боль-ше, не-же-ли сейс-ми-че-ские вол-ны, иду-щие от по-лю-са до по-лю-са.
Рас-че-ты гео-фи-зи-ков по-ка-за-ли, что кри-сталл, ио-ны ко-то-ро-го рас-по-ло-же-ны в гек-са-го-наль-ной струк-ту-ре и плот-но при-жа-ты друг к дру-гу, про-пус-ка-ют че-рез се-бя сейс-ми-че-ские ко-ле-ба-ния, иду-щие свер-ху или сни-зу, с боль-шей ско-ро-стью, не-же-ли вол-ны, про-хо-дя-щие с бо-ко-вых на-прав-ле-ний. Всем кри-стал-лам при-су-ща ани-зо-тро-пия: их фи-зи-че-ские свой-ст-ва раз-лич-ны по раз-ным на-прав-ле-ни-ям. Вдоль оси или по-пе-рек нее кри-сталл про-во-дит те-п-ло-вые и зву-ко-вые ко-ле-ба-ния по-раз-но-му. Ес-ли бы зем-ное яд-ро со-стоя-ло из мно-же-ст-ва кри-стал-лов, ани-зо-тро-пия бы-ла бы по-га-ше-на раз-но-ори-ен-ти-ро-ван-ны-ми кри-стал-ла-ми. Но опы-ты Р. Ко-хе-на и Л. Штих-ру-де от-чет-ли-во по-ка-за-ли про-яв-ле-ние ани-зо-тро-пии. Зна-чит, мож-но го-во-рить о том, что внут-рен-не яд-ро Зем-ли - еди-ный, це-лый кри-сталл.
Внеш-нее яд-ро Зем-ли на-хо-дит-ся в жид-ком со-стоя-нии (в нем за-ту-ха-ют по-пе-реч-ные вол-ны) и в ос-нов-ном со-дер-жит же-ле-зо, его окис-лы, а так-же при-ме-си бо-лее лег-ких ве-ществ - крем-ния, се-ры.
Же-лез-ная со-став-ляю-щая яд-ра Зем-ли от-вет-ст-вен-на за зем-ной маг-не-тизм. А энер-гич-ное кон-век-тив-ное дви-же-ние внут-ри внеш-не-го яд-ра объ-яс-ня-ет не-од-но-крат-ные из-ме-не-ния маг-нит-ной по-ляр-но-сти на-шей пла-не-ты, о чем сви-де-тель-ст-ву-ют па-лео-маг-нит-ные дан-ные. Древ-ние по-ро-ды «за-по-ми-на-ют», фик-си-ру-ют на-прав-лен-ность маг-нит-но-го по-ля Зем-ли. Ис-сле-до-ва-ния этих по-род по-ка-зы-ва-ют, что се-вер-ный и юж-ный маг-нит-ный по-лю-са не-од-но-крат-но ме-ня-лись мес-та-ми.
Ман-тия Зем-ли, рас-по-ло-жен-ная от по-дош-вы зем-ной ко-ры вплоть до по-верх-но-сти яд-ра, на-хо-дя-ще-го-ся на глу-би-не 2900 км, глав-ным об-ра-зом со-сто-ит из оки-слов крем-ния, маг-ния и же-ле-за. Ве-ще-ст-во ман-тии на-хо-дит-ся в жид-ком со-стоя-нии, но вяз-кость его очень вы-со-ка. Для всей ман-тии ха-рак-тер-ны ин-тен-сив-ные кон-век-тив-ные дви-же-ния, обу-слав-ли-ваю-щие сме-ще-ние ли-то-сфер-ных плит и при-во-дя-щие к из-вер-же-нию на по-верх-ность Зем-ли вы-со-ко-тем-пе-ра-тур-ных (ок. 1300 ?С) лав - ман-тий-но-го ве-ще-ст-ва.
Бли-жай-шие к по-верх-но-сти Зем-ли слои ман-тии - это ли-то- и ас-те-но-сфе-ра. Ли-то-сфе-ра со-сто-ит из плит, ко-то-рые при от-сут-ст-вии внеш-них воз-дей-ст-вий дли-тель-ное вре-мя со-хра-ня-ют свою фор-му. Как пра-ви-ло, рас-пола-гаю-щее-ся под ли-то-сфер-ны-ми пли-та-ми ве-ще-ст-во ас-те-но-сфе-ры час-тич-но раз-мяг-че-но и под дав-ле-ни-ем де-фор-ми-ру-ет-ся, те-чет.
Страницы: 1, 2, 3
