Теория происхождения Земли О. Ю. Шмидта. Гипотезы происхождения земли

Возникла около 4600 млн. лет назад. С тех пор ее поверхность постоянно изменялась под воздействием различных процессов. Земля, видимо, сформировалась спустя несколько миллионов лет после колоссального взрыва в космосе. Взрыв создал огромное газа и пыли. Ученые считают, что его частицы, сталкиваясь друг с другом, объединились в гигантские сгустки раскаленного вещества, которые со временем превратились в ныне существующие планеты.

По мнению ученых, Земля возникла после колоссального космического взрыва. Первые материки, вероятно, сформировались из расплавленной породы, вытекавшей на поверхность из жерл . Застывая, она делала земную кору толще. Океаны могли образоваться в низинах из капелек , содержавшейся в вулканических газах. Из этих же газов, вероятно, состояла и первоначальная .

Думают, что Земля поначалу была невероятно горячей, с морем расплавленных горных пород на поверхности. Примерно 4 млрд. лет назад Земля начала медленно остывать и разделилась на несколько слоев (см. справа). Самые тяжелые породы опустились глубоко в недра Земли и образовали ее ядро, оставаясь невообразимо горячими. Менее плотное вещество образовало ряд слоев вокруг ядра. На самой поверхности расплавленные породы постепенно затвердели, образовав твердую земную кору, покрытую множеством вулканов. Расплавленная порода, вырываясь на поверхность, застыла, образуя земную кору. Низкие участки заполнялись водой.

Земля сегодня

Хотя земная поверхность кажется твердой и незыблемой, изменения еще происходят. Они вызываются разного рода процессами, одни из которых разрушают земную поверхность, а другие ее воссоздают. Большинство изменений протекает крайне медленно и обнаруживается лишь специальными приборами. Для образования новой горной цепи требуются миллионы лет, по мощное извержение вулкана или чудовищной силы землетрясение могут преобразить поверхность Земли за считанные дни, часы и даже минуты. В 1988 г. землетрясение в Армении, длившееся около 20 секунд, разрушило здания и убило более 25 000 человек.

Строение Земли

В целом Земля имеет форму шара, слегка сплюснутого с полюсов. Она состоит из трех основных слоев: коры, мантии и ядра. Каждый слой образован разными типами горных пород. На рисунке внизу изображена структура Земли, но слои показаны не в масштабе. Внешний слой называется земной корой. Ее толщина от 6 до 70 км. Под корой располагается верхний слой мантии, образованный твердыми породами. Этот слой вместе с корой называется и имеет толщину около 100 км. Часть мантии, лежащая под литосферой, называется астеносферой. Она имеет толщину примерно 100 км и, вероятно, состоит из частично расплавленных пород. мантии изменяется от 4000°С вблизи ядра до 1000″С в верхней части астеносферы. Нижняя мантия, возможно, состоит из твердых пород. Внешнее ядро состоит из железа и никеля, видимо, расплавленных. Температура этого слоя может достигать 55СТГС. Температура субъядра может быть выше 6000’С. Оно твердое из-за колоссального давления всех прочих слоев. Ученые полагают, что оно состоит в основном из железа (подробнее об этом в статье « «).

Происхождение Земли определяет ее возраст, химический и физический состав. Наша Земля является одной из девяти планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) Солнечной системы. Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости и в одном и том же направлении по орбитам-эллипсам, очень близ­ким к окружностям.

Галактика - Солнце и система звезд . Основная масса звезд расположена в кольце Млечного Пути. Звезды по размерам боль­ше или меньше Солнца. Солнце расположено ближе к центру Га­лактики и вместе со всеми звездами вращается вокруг него.

За пределами Галактики есть много других Галактик, в со­ставе которых от 1 до 150 млрд. звезд. Такое большое группирование звезд называют метагалактикой, или Большой Вселенной. Нашу метагалактику открыл американский астроном Эдвин Хабл (1924-1926 гг.). Он установил, что Млечный Путь - это единст­венный из многих «звездных миров», который мы наблюдаем. Га­лактика (Млечный Путь) имеет спиральное строение. Это вытя­нутая полоса звезд со значительным утолщением посредине и на концах.

Бесчисленное количество сравнительно близких к нам Галак­тик составляет Архипелаг звездных островов, т. е. образует систе­му Галактик.

Большая Вселенная - это система архипелагов, несколько миллионов Галактик. Диаметр Большой Вселенной - многие мил­лиарды световых лет. Вселенная бесконечна во времени и в про­странстве.

Происхождение Земли еще с глубокой давности интересовало ученых , и по этому поводу было выдвинуто много гипотез, кото­рые можно разделить на гипотезы горячего и холодного проис­хождения.

Немецкий философ Кант (1724-1804) выдвинул гипотезу, со­гласно которой Земля образовалась из туманности, состоящей из пылеватых частиц, между которыми существовали притяжение и отталкивание, в результате чего образовалось круговое движение туманности.

Французский математик и астроном Лаплас (1749-1827) вы­двинул гипотезу, что Земля образовалась из единой раскаленной туманности, но движение ее не объяснил. По Канту Земля обра­зовалась независимо от Солнца, а по Лапласу она является про­дуктом распада Солнца (образования колец).

В XIX и XX ст. в Западной Европе о происхождении Земли и других планет было выдвинуто еще ряд гипотез (Чемберлена, Мультона, Джинса и др.), которые оказались идеалистическими или механическими и научно не обоснованными. Большой вклад в науку о происхождении Земли и космоса сделали русские ученые - академик О. Ю. Шмидт и В. Г. Фесенков.

Академик О. Ю. Шмидт научно доказал , что планеты (в том числе и Земля) образовались, из твердых раздробленных частиц, захваченных Солнцем. При прохождении сквозь скопление таких частиц силы притяжения захватывали их, и они начинали дви­гаться вокруг Солнца. В результате движения частички образо­вывали сгустки, которые группировались и превращались в пла­неты. По гипотезе О. Ю. Шмидта, Земля, как и другие планеты Солнечной системы, с начала существования была холодной. В дальнейшем в теле Земли начался распад радиоактивных эле­ментов, вследствие чего недра Земли начали разогреваться и рас­тапливаться, а ее масса - расслаиваться на отдельные зоны или сферы с различными физическими свойствами и химическим со­ставом.

Академик В. Г. Фесенков для объяснения своей гипотезы исхо­дил из того, что Солнце и планеты образовались в едином процес­се развития и эволюции из большого сгустка газово-пылеватой туманности. Этот сгусток имел вид очень сплюснутого дископодобного облака. Из наиболее густого горячего облака в центре образовалось Солнце. В силу движения всей массы облака на его периферии плотность была неодинакова. Более плотные частички облаков стали центрами, с которых начали формироваться буду­щие девять планет Солнечной системы, в том числе и Земля. В. Г. Фесенков сделал вывод, что Солнце и его планеты образо­вались почти одновременно из газово-пылеватой массы, имеющей высокую температуру.

История нашей планеты еще хранит в себе немало загадок. Ученые разных областей естествознания вложили свою лепту в изучение развития жизни на Земле.

Считается, что возраст нашей планеты составляет около 4,54 миллиарда лет. Весь этот временной промежуток принято делить на два основных этапа: фанерозой и докембрий. Эти этапы называются эонами или эонотемой. Эоны в свою очередь делятся на несколько периодов, каждый из которых отличается совокупностью изменений, происходивших в геологическом, биологическом, атмосферном состоянии планеты.

1. Докембрий, или криптозой — это эон (временной промежуток развития Земли), охватывающий около 3,8 миллиардов лет. То есть, докембрий — это развитие планеты от момента образования, формирования земной коры, протоокеана и возникновения жизни на Земле. К концу докембрия на планете уже были широко распространены высокоорганизованные организмы с развитым скелетом.

Эон включает в себя еще две эонотемы — катархей и архей. Последний, в свою очередь, включает в себя 4 эры.

1. Катархей — это время образования Земли, но не было еще ни ядра, ни земной коры. Планета была еще холодным космическим телом. Ученые предполагают, что в этот период на Земле уже была вода. Катархей длился около 600 млн. лет.

2. Архей охватывает период в 1,5 млрд лет. В этот период на Земле еще не было кислорода, происходило формирование залежей серы, железа, графита, никеля. Гидросфера и атмосфера представляли собой единую парогазовую оболочку, которая плотным облаком окутывала земной шар. Солнечные лучи сквозь эту завесу практически не проникали, поэтому на планете царил мрак.2.1 2.1. Эоархей — это первая геологическая эра, которая длилась около 400 млн.лет. Важнейшее событие эоархея — формирование гидросферы. Но воды было еще мало, водоемы существовали отдельно друг от друга и пока не сливались в мировой океан. В это же время земная кора становится твердой, хотя астероиды еще бомбят Землю. На исходе эоархея образуется первый в истории планеты суперконтинент — Ваальбара.

2.2 Палеоархей — следующая эра, которая также длилась приблизительно 400 млн.лет. В этот период формируется ядро Земли, возрастает напряженность магнитного поля. Сутки на планете длились всего 15 часов. Зато повышается содержание кислорода в атмосфере за счет деятельности появившихся бактерий. Остатки этих первых форм палеоархейской эры жизни были найдены в Западной Австралии.

2.3 Мезоархей также длился около 400 млн.лет. В мезоархейскую эру нашу планету покрывал неглубокий океан. Участки суши представляли собой небольшие вулканические острова. Но уже в этот период начинается формирование литосферы и запускается механизм тектоники плит. В конце мезоархея наблюдается первый ледниковый период, во время которого на Земле впервые образуются снег и лед. Биологические виды по-прежнему пока представлены бактериями и микробными формами жизни.

2.4 Неоархей — завершающая эра архейского эона, длительность которой составляет около 300 млн. лет. Колонии бактерий в это время формирует первые на Земле строматолиты (известняковые отложения). Важнейшее событие неоархея - образование кислородного фотосинтеза.

II. Протерозой — один из длиннейших временных отрезков истории Земли, который принято делить на три эры. Во время протерозоя впервые появляется озоновый слой, мировой океан достигает практически современного объема. А после длительнейшего гуронского оледенения на Земле появляются первые многоклеточные формы жизни - грибы и губки. Протерозой принято делить на три эры, каждая их которых содержала по несколько периодов.

3.1 Палео-протерозой — первая эра протерозоя, которая началась 2,5 млрд. лет назад. В это время полностью формируется литосфера. А вот прежние формы жизни вследствие увеличения содержания кислорода практически вымерли. Этот период получил название кислородной катастрофы. К концу эры на Земле появляются первые эукариоты.

3.2 Мезо-протерозой длился приблизительно 600 млн.лет. Важнейшие события этой эры: формирование континентальных масс, образование суперконтинента Родиния и эволюция полового размножения.

3.3 Нео-протерозой . Во время этой эры Родиния распадается примерно на 8 частей, суперокеан Мировия прекращает свое существование, а на исходе эры Земля практически до экватора покрывается льдами. В неопротерозойскую эру живые организмы впервые начинают приобретать твердую оболочку, что в дальнейшем послужит основой скелета.

III. Палеозой — первая эра фанерозойского эона, начавшаяся приблизительно 541 млн. лет назад и длившаяся около 289 млн. лет. Это эпоха появления древней жизни. Суперконтинент Гондвана объединяет южные материки, чуть позже к нему присоединяются остальные части суши и появляется Пангея. Начинают формироваться климатические пояса, а флора и фауна представлена, в основном, морскими видами. Только к концу палеозоя начинается освоение суши, и появляются первые позвоночные.

Палеозойскую эру условно делят на 6 периодов.

1. Кембрийский период длился 56 млн. лет. В этот период формируются основные горные породы, у живых организмов появляется минеральный скелет. А важнейшим событием кембрия является возникновение первых членистоногих.

2. Ордовикский период — второй период палеозоя, длившийся 42 млн. лет. Это эпоха образования осадочных пород, фосфоритов и горючих сланцев. Органический мир ордовика представлен морскими беспозвоночными и сине-зелеными водорослями.

3. Силурийский период охватывает следующие 24 млн. лет. В это время вымирают практически 60% живых организмов, существовавших прежде. Зато появляются первые в истории планеты хрящекостные и костные рыбы. На суше силур знаменуется возникновением сосудистых растений. Суперконтинеты сближаются и образуют Лавразию. К концу периода отмечено таяние льдов, уровень моря повысился, а климат стал мягче.

4. Девонский период отличается бурным развитием разнообразных форм жизни и освоением новых экологических ниш. Девон охватывает временной промежуток в 60 млн. лет. Появляются первые наземные позвоночные, пауки, насекомые. У животных суши формируются легкие. Хотя, по-прежнему, преобладают рыбы. Царство флоры этого периода представлено пропапоротниками, хвощевидными, плаунами и госеменными.

5. Каменноугольный период часто называют карбоном. В это время Лавразия сталкивается с Гондваной и появляется новый суперконтинент Пангея. Образовывается и новый океан — Тетис. Это время появления первых земноводных и рептилий.

6. Пермский период — последний период палеозоя, завершившийся 252 млн. лет назад. Предполагают, что в это время на Землю упал крупный астероид, что привело к значительному изменению климата и вымиранию практически 90% всех живых организмов. Большая часть суши покрывается песками, появляются самые обширные пустыни, которые только существовали за всю историю развития Земли.

IV. Мезозой — вторая эра фанерозойского эона, продолжавшаяся почти 186 млн.лет. В это время материки приобретают практически современные очертания. А теплый климат способствует бурному развитию жизни на Земле. Исчезают гигантские папоротники, а им на смену появляются покрытосеменные растения. Мезозой - это эпоха динозавров и появления первых млекопитающих.

В мезозойской эре выделяют три периода: триас, юра и мел.

1. Триасовый период длился чуть более 50 млн. лет. В это время Пангея начинает раскалываться, а внутренние моря постепенно мельчают и высыхают. Климат - мягкий, зоны выражены не ярко. Почти половина растений суши исчезает, так как распространяются пустыни. А в царстве фауны появляются первые теплокровные и сухопутные рептилии, ставшие предками динозавров и птиц.

2. Юрский период охватывает промежуток в 56 млн. лет. На Земле царил влажный и теплый климат. Суша покрывается зарослями папоротников, сосен, пальм, кипарисов. На планете царят динозавры, а многочисленные млекопитающие отличались пока маленьким ростом и густой шерстью.

3. Меловой период — наиболее продолжительный период мезозоя, длившийся почти 79 млн. лет. Практически заканчивается раскол континентов, Атлантический океан значительно увеличивается в объеме, на полюсах формируются ледяные покровы. Увеличение водной массы океанов приводит к образованию парникового эффекта. В конце мелового периода происходит катастрофа, причины которой до сих пор не ясны. В результате вымерли все динозавры и большинство видов рептилий и голосеменных растений.

V. Кайнозой — это эра животных и человека разумного, начавшаяся 66 млн. лет назад. Континенты в это время приобрели свое современное очертание, Антарктида заняла южный полюс Земли, а океаны продолжали увеличиваться. Уцелевшие после катастрофы мелового периода растения и животные оказались в совершенно новом мире. На каждом континенте начали формироваться уникальные сообщества форм жизни.

Кайнозойскую эру делят на три периода: палеоген, неоген и четвертичный.

1. Палеогеновый период закончился приблизительно 23 млн. лет назад. В это время на Земле царил тропический климат, Европа скрывалась под вечнозелеными тропическими лесами, лишь на севере континентов росли листопадные деревья. Именно в период палеогена происходит бурное развитие млекопитающих.

2. Неогеновый период охватывает следующие 20 млн. лет развития планеты. Появляются киты и рукокрылые. И, хотя по земле еще бродят саблезубые тигры и мастодонты, фауна все больше приобретает современные черты.

3. Четвертичный период начался более 2,5 млн. лет назад и продолжается до сих пор. Два важнейших события характеризуют этот временной отрезок: ледниковый период и появление человека. Ледниковая эпоха полностью завершила формирование климата, флоры и фауны континентов. А появление человека ознаменовало начало цивилизации.

Впервые наиболее соответствующую современным взглядам и достижениям науки гипотезу о происхождении нашей планеты предложил известный советский ученый, академик О. Ю. Шмидт и развили его ученики. По этой теории образовалась путем объединения твердых частиц и никогда не проходила через «огненно-жидкую» стадию. Высокая земных недр объясняется накоплением тепла, выделяющегося при распаде радиоактивных , и лишь в малой степени - теплом, выделившимся при ее образовании.

По гипотезе О. Ю. Шмидта рост Земли происходил за счет частиц, выпадавших на ее поверхность. При этом кинетическая частиц переходила в тепловую. Поскольку выделение тепла происходило на поверхности, большая часть его излучалась в пространство, а небольшая доля шла на нагревание поверхностного слоя вещества. Сперва нагревание возрастало, так как увеличение массы, а вместе с тем и притяжение Земли увеличивало силу ударов. Затем по мере того, как вещество исчерпывалось, процесс роста замедлялся, а нагревание стало уменьшаться. По расчетам советского ученого В. С. Сафронова, наибольшую температуру должны были приобрести те слои, которые находятся ныне на глубине около 2500 километров. Их температура могла превышать 1000°. Но центральные и наружные части Земли были вначале холодными.

Разогрев Земли, как полагают академик В. И. Вернадский и его последователи, целиком обусловлен действием радиоактивных элементов. Вещество Земли содержит небольшую примесь радиоактивных элементов: урана, тория, радия. Ядра этих элементов непрерывно распадаются, превращаясь в ядра других химических элементов. Каждый атом урана и тория, распадаясь, сравнительно быстро превращается в целый ряд промежуточных радиоактивных атомов (в частности, в атом радия) и в конце концов в устойчивый атом того или иного изотопа свинца и несколько атомов гелия. При распаде калия образуются кальций и аргон. В результате распада радиоактивных элементов выделяется тепло. Из отдельных частиц это тепло легко ускользало наружу и рассеивалось в пространстве. Но когда образовалась Земля - тело огромных размеров, тепло стало накапливаться в ее недрах. Хотя в каждом грамме земного вещества за единицу времени (например, за год) выделяется очень мало тепла, за миллиарды лет, в течение которых существует наша планета, его накопилось так много, что температура в очагах недр Земли достигла предельно высокого уровня. Согласно расчетам, поверхностные части планеты, из которых тепло и сейчас продолжает медленно ускользать, вероятно, уже прошли через стадию наибольшего разогрева и начали остывать, но в глубоких внутренних частях разогрев, по-видимому, еще продолжается.

Однако нужно заметить, что, по данным вулканологии и петрографии, мы не находим в земной коре пород, которые образовывались бы при более высоких температурах чем 1200°. И на некоторой глубине их температура обычно ниже, ибо наблюдения показывают, что на воздухе при окислении составных частей, например железа, их температура повышается приблизительно на 50°. Глубинные породы содержат примерно такие же минералы, и, следовательно, температура их образования не выше. Более того, ряд других минералов и обломков углей, включенных в глубинных породах, а также включений в минералах говорят о более низкой температуре глубинной магмы, чем у лавы. Этот разогрев недр никак не отражается на поверхности Земли и на условиях жизни на ней, потому что температура поверхности определяется не внутренним теплом, а теплом, получаемым от Солнца. Из-за малой теплопроводности Земли поток тепла, приходящий из ее недр к поверхности, в 5000 раз меньше потока тепла, получаемого от Солнца.

Вещество Солнца также содержит некоторое количество радиоактивных элементов, но выделяемая ими энергия играет ничтожную роль в поддержании его мощного излучения. Во внутренних частях Солнца давление и температура столь высоки, что там непрерывно происходят ядерные реакции -объединение ядер атомов одних химических элементов в более сложные ядра атомов других элементов; при этом выделяется огромное количество энергии, которая и поддерживает в течение многих миллиардов лет излучение Солнца.

С разогреванием Земли, по-видимому, тесно связано происхождение и гидросферы. и газы попали на Землю вместе с твердыми частицами и телами, из которых она образовалась. Хотя температура частиц в зоне планет земной группы была слишком высокая для того, чтобы могло происходить замораживание газов, но и в этих условиях газовые молекулы обильно «налипали» на поверхность частиц. Вместе с этими частицами они вошли в состав более крупных тел, а затем и в состав Земли. Кроме того, как отметил О. Ю. Шмидт, в зону планет земной группы могли залетать ледяные тела из зоны планет-гигантов. Не успев прогреться и испариться, они могли падать на Землю, отдавая ей воду и газы.

Нагревание - лучший способ изгнать из твердого тела находящиеся в нем газы. Поэтому разогревание Земли сопровождалось выделением газов и водяных паров, содержащихся в небольшом количестве в земных каменистых веществах. Прорвавшись на поверхность, водяные пары сгустились в воды морей и океанов, а газы образовали атмосферу, состав которой первоначально существенно отличался от современного. Теперешний состав земной атмосферы в значительной мере обусловлен существованием на поверхности Земли растительной и животной жизни.

Выделение газов и водяных паров из недр Земли продолжается и поныне. При вулканических извержениях в атмосферу в большом количестве выбрасываются водяные пары и углекислый газ, а в разных местах Земли из недр ее выделяются горючие газы.

По последним данным науки, Земля состоит из:

1. ядра, по своим свойствам (плотности) подобного железо-никелевым соединениям, а ближе всего к железо-силикатному веществу или металлизированным силикатам;
2. мантии, состоящей из вещества, по физическим свойствам приближающегося к горным породам гранатовых перидотитов и эклогитов
3. земной коры, иначе говоря, пленки горных пород - базальтов и гранитов, а также пород, близких к ним по физическим свойствам.

Большой интерес представляет вопрос о том, как отразилась теория О. Ю. Шмидта на теории происхождения жизни на Земле, разработанной академиком А. И. Опариным. Согласно теории А. И. Опарина, живое вещество возникло путем постепенного усложнения состава из простых органических соединений (таких, как метан, формальдегид), растворенных в воде на поверхности Земли.

При создании своей теории А. И. Опарин исходил из распространенного в то время представления о том, что Земля образовалась из раскаленных газов и, пройдя «огненно-жидкую» стадию, затвердела. Но на стадии раскаленного газового сгустка метан не мог существовать. В поисках путей образования метана А. И. Опарин привлек схему его образования в результате воздействия горячих водяных паров на карбиды (соединения углерода с металлами). Он полагал, что метан с водяным паром поднимался по трещинам на поверхность Земли и таким образом оказался в водном растворе. Необходимо отметить, что только образование метана происходило при высокой температуре, а дальнейший процесс, приведший к возникновению жизни, протекал уже в воде, т.е. при температуре ниже 100°.

Исследования показывают, что метан в смеси с водяными парами присутствует в выбросах газа только при температурах ниже 100°. При высоких температурах на раскаленной лаве в выбросах метан не обнаруживается.

Согласию теории О. Ю. Шмидта, газы и водяные пары в небольшом количестве с самого начала вошли в состав Земли. Поэтому вода могла появиться на поверхности Земли еще на ранних стадиях развития нашей планеты. В ней с самого начала присутствовали в растворе углеводы и другие соединения. Таким образом, выводы из новой космогонической теории обосновывают наличие у Земли с начала ее существования как раз тех условий, которые нужны для процесса возникновения жизни по теории А. И. Опарина.

Исследования распространения волн землетрясений, проведенные на рубеже XIX и XX веков, показали, что плотность вещества Земли вначале увеличивается плавно, а затем возрастает скачками. Это подтверждало ранее установившееся мнение о том, что в недрах Земли происходит резкое разделение каменистого вещества и железа.

Как теперь установлено, граница плотного ядра Земли расположена на глубине 2900 километров от поверхности. Поперечник ядра превышает одну вторую поперечника нашей планеты, а масса составляет одну треть массы всей Земли.

Несколько лет назад большинство геологов, геофизиков и геохимиков предполагало, что плотное ядро Земли состоит из никелистого железа, подобного тому, которое присутствует в метеоритах. Считалось, что железо успело стечь к центру, пока Земля была огненно-жидкой. Однако еще в 1939 году геолог В. Н. Лодочников отмечал необоснованность этой гипотезы и указывал на то, что мы плохо знаем поведение вещества при тех огромных давлениях, которые существуют внутри Земли вследствие огромного веса вышележащих слоев. Он предсказывал, что наряду с плавным изменением плотности по мере увеличения давления должны существовать и скачкообразные изменения.

Разрабатывая новую теорию, Шмидт выдвинул предположение, что образование железного ядра произошло в результате разделения вещества Земли под действием силы тяжести. Этот процесс начался после того, как в недрах Земли произошел разогрев. Но вскоре необходимость объяснения образования железного ядра отпала, так как взгляды В. И. Лодочникова получили дальнейшее развитие в виде гипотезы Лодочникова - Рамзея. Скачкообразное изменение свойств вещества при очень высоких давлениях было подтверждено теоретическими расчетами.

Расчеты показывают, что уже на глубине около 250 километров давление в Земле достигает 100 000 атмосфер, а в центре оно превышает 3 миллиона атмосфер. Поэтому даже при температуре в несколько тысяч градусов вещество Земли может быть не жидким в обычном смысле слова, а подобно вару или смоле. Под влиянием длительно действующих сил оно способно на медленные перемещения и деформации. Например, вращаясь вокруг своей оси, Земля под действием центробежной силы приняла сплюснутую форму, как будто она является жидкой. В то же время по отношению к кратковременным силам она ведет себя как твердое тело с упругостью, превышающей упругость стали. Это проявляется, например, при распространении волн землетрясений.

Благодаря податливости земных недр в них происходят медленные перемещения веществ под действием силы тяжести. Более тяжелые вещества опускаются вниз, а более легкие — вверх. Эти перемещения столь медленны, что, хотя они и длятся миллиарды лет, создалась лишь небольшая концентрация более тяжелых веществ, прилегающих к центру Земли. Процесс расслоения глубоких недр Земли, можно сказать, только еще начался и происходит до сих пор.

Особое место в Солнечной системе занимает Земля - единственная планета, на которой в течение миллиардов лет развиваются раз­личные формы жизни.

Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем. Когда в культуре господствовали мифологические представления, происхождение мира объяснялось, как, скажем, в «Ведах» распадом первочеловека Пуруши. То, что это была общая мифологическая схема, подтверждается и русскими апокрифами, например, «Голубиной книгой». Победа христианства утвердила религиозные представления о сотворении Богом мира из ничего.

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.

2. Происхождение Земли.

Мы живем во Вселенной, а наша планета Земля является ее мельчайшим звеном. Поэтому, история возникновения Земли тесно связана с историей возникновения Вселенной. Кстати, а как она возникла? Какие силы повлияли на процесс становления Вселенной и, соответственно, нашей планеты? В наше время существует множество различных теорий и гипотез относительно этой проблемы. Величайшие умы человечества дают свои взгляды по этому поводу.

Значение термина Вселенная в естествознании более узкое и приобрело специфически научное звучание. Вселенная – место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению и проверяемое современными научными методами. Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, то есть наукой о космосе. Слово это не случайно. Хотя сейчас космосом называют все находящееся за пределами атмосферы Земли, не так было в Древней Греции, где космос принимался как «порядок», «гармония», в противоположность «хаосу» - «беспорядку». Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Сейчас происхождение Вселенной построено на двух моделях:

а) 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. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, основанная на этих постулатах, - релятивистская.

Важным пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности:

1) принципом относительности, гласящим, что во всех инерциональных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга;

2) экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

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.

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.

б) Модель Большого Взрыва. Наблюдаемая нами Вселенная, по данным современной науки, возникла в результате Большого взрыва около 15-20 млрд. лет назад. Представление о Большом Взрыве является составной частью модели расширяющейся Вселенной.

Все вещество Вселенной в начальном состоянии находилось в сингулярной точке: бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц. Затем последовал взрыв. «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», - писал в своей работе С. Вейнберг.

Что же было после Большого взрыва? Образовался сгусток плазмы – состояния, в котором находятся элементарные частицы – нечто среднее между твердым и жидким состоянием, который и начал расширяться все больше и больше под действием взрывной волны. Через 0,01 сек после начала Большого Взрыва во Вселенной появилась смесь легких ядер. Так появились не только материя и многие химические элементы, но и пространство и время.

Данные модели помогают выдвинуть гипотезы о происхождении Земли:

1. Французский ученый Жорж Бюффон (1707-1788) предпо­ложил, что земной шар возник в результате катастрофы. В очень отдаленное время какое-то небесное тело (Бюффон счи­тал, что это была комета) столкнулось с Солнцем. При столк­новении возникло множество «брызг». Наиболее крупные из них, постепенно остывая, дали начало планетам.

2. По-другому объяснял возможность образования небесных тел немецкий ученый Иммануил Кант (1724-1804). Он предполо­жил, что Солнечная система произошла из гигантского холод­ного пылевого облака. Частицы этого облака находились постоянном беспорядочном движении, взаимно притягивали друг друга, сталкивались, слипались, образуя сгущения, которые ста­ли расти и со временем дали начало Солнцу и планетам.

3. Пьер Лаплас (1749-1827), французский астроном и матема­тик, предложил свою гипотезу, объясняющую образование и развитие Солнечной системы. По его мнению, Солнце и пла­неты возникли из вращающегося раскаленного газового обла­ка. Постепенно остывая7ш5о сжималось, образуя многочис­ленные кольца, которые, уплотняясь, создали планеты, а центральный сгусток превратился в Солнце.

В начале нашего столетия английский ученый Джеймс Джине (1877-1946) выдвинул гипотезу, которая так объясняла образование планетной системы: когда-то вблизи Солнца про­летала другая звезда, которая своим тяготением вырвала из него часть вещества. Сгустившись, оно дало начало планетам.

4. Наш соотечественник, известный ученый Отто Юльевич Шмидт (1891-1956) в 1944 г. предложил свою гипотезу обра­зования планет. Он полагал, что миллиарды лет назад Солнце было окружено гигантским облаком, которое состояло из час­тичек холодной пыли и замерзшего газа. Все они обращались вокруг Солнца. Находясь в постоянном движении, сталкива­ясь, взаимно притягивая друг друга, они как бы слипались, образуя сгустки. Постепенно газово-пылевое облако сплющива­лось, а сгустки стали двигаться по круговым орбитам. Со вре­менем из этих сгустков и образовались планеты нашей Сол­нечной системы.

Нетрудно заметить, что гипотезы Канта, Лапласа, Шмидта во многом близки. Многие мысли этих ученых легли в основу современного представления о происхождении Земли и всей Солнечной системы.

Сегодня учёные предпологают, что

3. Развитие Земли.

Древнейшая Земля весьма мало напоминала планету, на которой мы сейчас живем. Её атмосфера состояла из водяных паров, углекислого газа и, по одним, - из азота, по другим – из метана и аммиака. Кислорода в воздухе безжизненной планеты не было, в атмосфере древней Земли гремели грозы, её пронизывало жёсткое ультрафиолетовое излучение Солнца, на планете извергались вулканы. Исследования показывают, что полюса на Земле менялись, и когда-то Антарктида была вечнозеленой. Вечная мерзлота образовалась 100 тыс. лет назад после великого оледенения.

В XIX веке в геологии сформировались две концепции развития Земли:

1) посредством скачков («теория катастроф» Жоржа Кювье);

2) посредством небольших, но постоянных изменений в одном и том же направлении на протяжении миллионов лет, которые, суммируясь, приводили к огромным результатам («принцип униформизма» Чарльза Лайелля).

Успехи физики XX века способствовали существенному продвижению в познании истории Земли. В 1908 году ирландский ученый Д. Джоли сделал сенсационный доклад о геологическом значении радиоактивности: количество тепла, испущенного радиоактивными элементами, вполне достаточно, чтобы объяснить существование расплавленной магмы и извержение вулканов, а также смещение континентов и горообразование. С его точки зрения, элемент материи – атом – имеет строго определенную длительность существования и неизбежно распадается. В следующем 1909 году русский ученый В. И. Вернадский основывает геохимию – науку об истории атомов Земли и ее химико-физической эволюции.

На этот счет существуют две, наиболее распространенные точки зрения. Ранняя из них полагала, что первоначальная Земля, сформировавшаяся сразу после аккреции из планетезималей, состоящих из никелистого железа и силикатов, была однородна и только потом подверглась дифференциации на железо-никелевое ядро и силикатную мантию. Эта гипотеза получила название гомогенной аккреции. Более поздняя гипотеза гетерогенной аккреции заключается в том, что сначала аккумулировались наиболее тугоплавкие планетезимали, состоящие из железа и никеля и только потом в аккрецию вступило силикатное вещество, слагающее сейчас мантию Земли от уровня 2900 км. Эта точка зрения сейчас, пожалуй, наиболее популярна, хотя и здесь возникает вопрос о выделении внешнего ядра, имеющего свойства жидкости. Возникло ли оно после формирования твердого внутреннего ядра или внешнее и внутреннее ядра выделялись в процессе дифференциации? Но этот вопрос однозначного ответа не существует, но предположение отдается второму варианту.

Процесс аккреции, столкновение планетезималей размером до 1000 км, сопровождался большим выделением энергии, с сильным прогревом формирующейся планеты, ее дегазацией, т.е. выделением летучих компонентов, содержащихся в падавших планетезималях. Большая часть летучих веществ при этом безвозвратно терялась в межпланетном пространстве, о чем свидетельствует сравнение составов летучих в метеоритах и породах Земли. Процесс становления нашей планеты по современным данным длился около 500 млн. лет и проходил в 3 фазы аккреции. В течение первой и главной фазы Земля сформировалась по радиусу на 93-95% и эта фаза закончилась к рубежу 4,4 – 4,5 млрд. лет, т.е. длилась около 100 млн. лет.

Вторая фаза, ознаменовавшаяся завершением роста, длилась тоже около 200 млн. лет. Наконец, третья фаза, продолжительностью до 400 млн. лет (3,8-3,9 млрд. лет окончание) сопровождалась мощнейшей метеоритной бомбардировкой, такой же, как и на Луне. Вопрос о температуре первичной Земли имеет для геологов принципиальное значение. Даже в начале ХХ века ученые говорили о первичной «огненно-жидкой» Земле. Однако этот взгляд полностью противоречил современной геологической жизни планеты. Если бы Земля изначально была расплавленной, она давно бы превратилась в мертвую планету.

Следовательно, предпочтение нужно отдать не очень холодной, но и не расплавленной ранней Земле. Факторов нагрева планеты было много. Это и гравитационная энергия; и соударение планетезималей; и падение очень крупных метеоритов, при ударе которых повышенная температура распространялась до глубин 1-2 тыс.км. Если же, все-таки, температура превышала точку плавления вещества, то наступала дифференциация – более тяжелые элементы, например, железо, никель, опускались, а легкие, наоборот, всплывали.

Но главный вклад в увеличение тепла должен был играть распад радиоактивных элементов - плутония, тория, калия, алюминия, йода. Еще один источник тепла – это твердые приливы, связанные с близким расположением спутника Земли - Луны. Все эти факторы, действуя вместе, могли повысить температуру до точки плавления пород, например, в мантии она могла достигнуть +1500 ОС. Но давление на больших глубинах препятствовало плавлению, особенно во внутреннем ядре. Процесс внутренней дифференциации нашей планеты происходил всю ее геологическую историю, продолжается он и сейчас. Однако, уже 3,5-3,7 млрд.лет назад, при возрасте Земли в 4,6 млрд.лет, у Земли было твердое внутреннее ядро, жидкое внешнее и твердая мантия, т.е. она уже была дифференцирована в современном виде. Об этом говорит намагниченность таких древних горных пород, а, как известно, магнитное поле обусловлено взаимодействием жидкого внешнего ядра и твердого внешнего. Процесс расслоения, дифференциации недр происходил на всех планетах, но на Земле он происходит и сейчас, обеспечивая существование жидкого внешнего ядра и конвекцию в мантии.

В 1915 году немецкий геофизик А. Вегенер предположил, исходя из очертаний континентов, что в карбоне (геологический период) существовал единый массив суши, названный им Пангеей (греч. «вся земля»). Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану. 135 млн. лет назад Африка отделилась от Южной Америки, а 85 млн. лет назад Северная Америка – от Европы; 40 млн. лет назад Индийский материк столкнулся с Азией и появились Тибет и Гималаи.

Решающим аргументом в пользу принятия данной концепции А. Вегенера стало эмпирическое обнаружение в конце 50-х годов расширения дна океанов, что послужило отправной точкой создания тектоники литосферных плит. В настоящее время считается, что континенты расходятся под влиянием глубинных конвективных течений, направленных вверх и в стороны и тянущих за собой плиты, на которых плавают континенты. Эту теорию подтверждают и биологические данные о распространении животных на нашей планете. Теория дрейфа континентов, основанная на тектонике литосферных плит, ныне общепринята в геологии.

4. Глобальная тектоника.

Много лет назад отец-геолог подвел своего маленького сына к карте мира и спросил, что будет, если береговую линию Америки придвинуть к побережью Европы и Африки? Мальчик не поленился и, вырезав соответствующие части из физико-географического атласа, с удивлением обнаружил, что западное побережье Атлантики совпало с восточным в пределах, так сказать, ошибки эксперимента.

Эта история не прошла для мальчика бесследно, он стал геологом и поклонником Альфреда Вегенера, отставного офицера германской армии, а также метеоролога, полярника, и геолога, который в 1915 году создал концепцию дрейфа континентов.

Свою лепту в возрождение концепции дрейфа внесли и высокие технологии: именно компьютерное моделирование в середине 1960-х годов показало хорошее совпадение границ континентальных масс не только для Циркум-Атлантики, но и для ряда остальных материков - Восточной Африки и Индостана, Австралии и Антарктиды. В результате в конце 60-х появилась концепция тектоники плит, или новой глобальной тектоники.

Предложенная сначала чисто умозрительно для решения частной задачи -распределения землетрясений различной глубинности на поверхности Земли, - она сомкнулась с представлениями о дрейфе континентов и мгновенно получила всеобщее признание. К 1980 году - столетию со дня рождения Альфреда Вегенера – стало принято говорить о формировании новой парадигмы в геологии. И даже о научной революции, сопоставляемой с революцией в физике начала XX века…

Согласно этой концепции, земная кора разбита на несколько огромных литосферных плит, которые постоянно двигаются и продуцируют землетрясения. Первоначально было выделено несколько литосферных плит: Евразийская, Африканская, Северо – и Южноамериканская, Австралийская, Антарктическая, Тихоокеанская. Все они, кроме Тихоокеанской, чисто океанической, включают в себя части как с континентальной, так и океанической корой. И дрейф континентов в рамках этой концепции - не более чем их пассивное перемещение вместе с литосферными плитами.

В основе глобальной тектоники лежит представление о литосферных плитах, фрагментах земной поверхности, рассматриваемых, как абсолютно жесткие тела, перемещающиеся словно по воздушной подушке по слою разуплотненной мантии - астеносфере, со скоростью от 1-2 до 10-12 см в год. В большинстве своем они включают как континентальные массы с корой, условно называемой «гранитной», так и участки с корой океанической, условно называемой «базальтовой» и образованной породами с низким содержанием кремнезема.

Учёным совершенно не ясно, куда движутся материки и некоторые из них не согласны с тем, что движится земная кора, а если движутся, то за счёт действия каких сил и источников энергии. Широко распространённое предположение о том, что причиной движения земной коры служит тепловая конвекция, по сути, неубедительно, ибо оказалось, что такого рода предположения идут вразрез с основными положениями многих физических законов, экспериментальных данных и многочисленных наблюдений, включая данные космических исследований о тектонике и строении других планет. Реальных схем тепловой конвекции, не противоречащих законам физики, и единого логически обоснованного механизма движения вещества, одинаково приемлемых для условий недр звёзд, планет и их спутников, до сих пор не найдено.

В срединно-океанических хребтах образуется новая разогретая океаническая кора, которая, остывая, снова погружается в недра мантии и рассеивает тепловую энергию, идущую на перемещение плит земной коры.

Гигантские геологические процессы, такие как вздымание горных хребтов, мощные землетрясения, образование глубоководных впадин, извержение вулканов, - все они, в конце концов, порождаются движением плит земной коры, при котором происходит постепенное охлаждение мантии нашей планеты.

Земная суша образуется твердыми горными породами, зачастую покрытыми слоем почвы и растительностью. Но откуда эти горные породы берутся? Новые горные породы формируются из вещества, рождающегося глубоко в недрах Земли. В нижних слоях земной коры температура намного выше, чем па поверхности, а составляющие их горные породы находятся под огромным давлением. Под воздействием жара и давления горные породы прогибаются и размягчаются, а то и вовсе плавятся. Как только в земной коре образуется слабое место, расплавленные горные породы - их называют магмой - прорываются на поверхность Земли. Магма вытекает из жерлов вулканов в виде лавы и распространяется на большой площади. Застывая, лава превращается в твердую горную породу.

В одних случаях рождение горных пород сопровождается грандиозными катаклизмами, в других проходит тихо и незаметно. Существует множество разновидностей магмы, и из них образуются различные типы горных пород. К примеру, базальтовая магма очень текуча, легко выходит на поверхность, растекается широкими потоками и быстро застывает. Иногда она вырывается из жерла вулкана ярким "огненным фонтаном" - такое происходит, когда земная кора не выдерживает ее давления.

Другие виды магмы гораздо гуще: их густота, или консистенция, больше похожа на черную патоку. Содержащиеся в такой магме газы с большим трудом пробиваются на поверхность сквозь ее плотную массу. Вспомните, как легко пузырьки воздуха вырываются из кипящей воды и насколько медленнее это происходит, когда вы нагреваете что-нибудь более густое, к примеру кисель. Когда более плотная магма поднимается ближе к поверхности, давление на нее уменьшается. Растворенные в пей газы стремятся расшириться, но не могут. Когда же магма наконец вырывается наружу, газы расширяются столь стремительно, что происходит грандиозный взрыв. Лава, обломки горных пород и пепел разлетаются во все стороны, как снаряды, выпущенные из пушки. Подобное извержение случилось в 1902 г. на о-ве Мартиника в Карибском море. Катастрофическое извержение вулкана Моптапь-Пеле полностью разрушило порт Сеп-Пьер. Погибло около 30 000 человек

Геология дала человечеству возможность использования геологических ресурсов для развития всех отраслей техники и технологии. Вместе с тем, интенсивная техногенная деятельность привела к резкому ухудшению экологической мировой обстановки, настолько сильной и быстрой, что нередко под вопрос ставится существование человечества. Мы потребляем намного больше, чем природа в состоянии регенерировать. Поэтому проблема устойчивого развития в наши дни является подлинно глобальной, мировой проблемой, касающейся всех государств.

Несмотря на увеличение научно-технического потенциала человечества, уровень нашего незнания о планете Земля все еще очень велик. И по мере прогресса в наших знаниях о ней, количество вопросов, остающихся нерешенными, не уменьшается. Мы стали понимать, что на процессы, происходящие на Земле, оказывают влияние и Луна, и Солнце, и другие планеты, все связано воедино, и даже жизнь, возникновение которой составляет одну из кардинальных научных проблем, возможно, занесена к нам из космического пространства. Геологи пока бессильны предсказывать землетрясения, хотя, предугадать извержения вулканов сейчас уже можно с большой долей вероятности. Множество геологических процессов еще плохо поддаются объяснению и тем более прогнозированию. Поэтому интеллектуальная эволюция человечества во многом связана с успехами геологической науки, которая когда-нибудь позволит человеку решить волнующие его вопросы о происхождении Вселенной, происхождении жизни и разума.

6. Список использованной литературы

1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 1997.

2. Лавриненко В. Н., Ратников В. П. – М.: Культура и спорт, 1997.

3. Найдыш В. М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. – М.: Гардарики, 1999.

4. Левитан Е. П. Астрономия: Учебник для 11 кл. общеобразовательной школы. – М.: Просвещение, 1994.

5. Сурдин В. Г. Динамика звездных систем. – М.: Изд-во Московского центра непрерывного образования, 2001.

6. Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. – М., 1990.

7. Карапенков С. Х. Концепции современного естествознания. – М.: Академический проспект, 2003.