Контрольная работа по "Геологии"

В настоящее время  идея актуализма претерпела серьезные  изменения. Советские геологи придали  ей новую, качественно более высокую  форму сравнительно-исторического  метода. Сравнение образований прошлых  геологических эпох с современными производится не механически, а с учетом изменений физико-географических условий и процессов породообразования, предопределивших современную нам геологическую обстановку. 

Основным методом  геологии является геологическая съемка — совокупность геологических исследований, необходимых для всестороннего изучения геологического строения и полезных ископаемых местности. Геологическую съемку называют также геологическим картированием, поскольку она всегда или сопровождается составлением геологической карты, или опирается на геологическую карту и вносит в нее те или иные дополнения и уточнения. При геологическом картировании широко используются многочисленные и разнообразные геофизические, геохимические методы, аэрофотосъемка, а также мощная современная техника, позволяющая создавать искусственные обнажения на разных глубинах. 

Правильная интерпретация  всех этих методов возможна лишь на хорошей геологической основе, и  до последнего времени они имели  вспомогательное значение при геологической  съемке. Однако в настоящее время, когда для большей части материков  имеются геологические карты, роль этих методов растет и часто они становятся ведущими. Особенно велико значение геофизических методов для изучения геологического строения дна морей и океанов, а также глубоких недр и Земли в целом. Наконец, в последнее время выявляется положительное значение «космических» методов, позволяющих рассматривать Землю с огромных высот и сравнивать ее с другими планетами Солнечной системы.

3. Строение , состав и происхождение земли

Строение земного  шара явилось результатом сложных  процессов, протекающих как в  недрах Земли, так и на ее поверхности. Земля имеет форму геоида (греч. ge — земля, eidos — вид), т. е. шара, несколько сплюснутого у полюсов. Полярный радиус Земли — 6357 км, экваториальный — 6378 км, т. е. разница составляет 21 км. Общая площадь Земли 510 млн. км2.

Земля состоит из нескольких оболочек — сфер. Атмосфера  — газовая оболочка, состоящая  в основном из азота, кислорода, паров  воды и углекислоты. Толщина оболочки примерно 2000 км.

Гидросфера —  несплошная водная оболочка Земли, представленная морями и океанами. Средняя глубина морей и океанов 3—4 км, в некоторых частях до И км. Вода на Земле образовалась в результате геологических процессов, во время формирования и последующего развития Земли.

Биосфера — область  распространения жизни на Земле, охватывающая атмосферу до 5—7 км, гидросферу — практически на всю ее глубину  и литосферу — до 2—3 км.

Литосфера — каменная оболочка Земли толщиной 10—70 км, покрытая сверху осадочным слоем мощностью  до 8—10 км. Мощность литосферы на материках  выше, чем в океанах. Верхняя часть  ее гранитная, нижняя — базальтовая. В океанах гранитная оболочка отсутствует. Толщина базальтов 8—10 км. Каменная оболочка Земли называется сиалитной (по начальным буквам наиболее распространенных элементов Si, Al). Иногда ее называют сиаль. Плотность спалитной оболочки Земли колеблется в пределах 2,6—2,7 г/см3. Масса верхних слоев на глубине 20—50 км создает давление 1,3—J5 * 103 МПа, в связи с этим температура нижней части спалитной оболочки поднимается до 900° С

Ниже литосферы  находится верхняя мантия, или  «сима» (название по основным элементам — Si, Mg), толщина которой около 400 км. Плотность вещества в верхней части «симы» равна 3,3—3,5, а в нижней — до 4 г/см3, давление до 1,5-105 МПа, температура 1200—1300°С. Верхняя часть мантии называется астеносферой.

Под мантией расположены  промежуточная мантия, имеющая толщину 110 км, и нижняя мантия мощностью 1400 км. Плотность вещества возрастает примерно до 10 г/см3 при давлении 2—2,5-10 в 5 степени МПа и температуре  около 2500° С. Вещество мантии согласно последним геофизическим данным находится в твердом, аморфном состоянии.

Центр Земли составляет ядро радиусом 3—3,5 тыс. км, с давлением  около 3-105 МПа, температурой 3000° С, плотностью 11—12 г/см3. При таких условиях все вещество ядра Земли находится в металлизированном состоянии, по-видимому, обусловливая появление магнитного поля. Состав ядра точно не известен. Существует представление, что оно по составу железо-никелевое, или «нифе» (Ni, Fe), и твердое. По некоторым гипотезам, ядро Земли находится в жидком состоянии.

Наша планета –  крупнейшая из планет земной группы в  Солнечной системе. Она состоит  в основном из железа (32,1%), кислорода (30,1%), кремния (15,1%), магния (13,9%), серы (2,9%) и никеля (1,8%), все остальные вещества довольно редки и все вместе составляют не более 1,2%. Чтобы понять, каков  состав Земли, нужно взглянуть на обстоятельства ее образования. 

Современная наука считает, что  Земля образовалась вместе с другими планетами Солнечной системы около 4,5 млрд. лет назад из вещества, вращавшегося беспорядочно вокруг юного Солнца. Благодаря магнитному полю, планета захватывала куски и обломки, вращавшиеся рядом, и росла. Сначала это происходило так бурно, что Земля сильно нагрелась – кинетическая энергия притягиваемого вещества превращалась в тепловую. Постепенно с ростом планеты эта энергия образовывалась уже не на поверхности, а в глубине, под влиянием температуры и гравитации вещество расслаивалось – более легкие вещества поднимались на поверхность и образовывали земную кору. По мере того, как Земля охлаждалась, кора затвердевала, а высвобождаемые при этом газы либо улетучивались в космос, либо, если были достаточно тяжелыми, задерживались притяжением планеты и образовывали атмосферу. Часть водяных паров впоследствии сконденсировалась и образовала мировые океаны. 

Соответственно, широкое  распространение получила теория, что  Земля состоит из твердого ядра, вязкой мантии и твердой коры. Эту  теорию разработали в начале XX в. сейсмологи Г. Джеффрис и Б. Гуттенберг, и долгое время она считалась отправной точкой для всех исследований строения земли. Однако в середине прошлого века тщательные сейсмологические исследования позволили предположить, что строение земли более сложное.

Так, ядро состоит  из двух частей. Внутреннее ядро твердое, по радиусу оно не превышает 1225 км. Это самая плотная часть Земли, она состоит из металлов, преимущественно  железа, а также радиоактивных  изотопов калия-40, урана-238 и тория-232. Распад этих элементов обеспечивает образование внутренней энергии  тепла планеты. Температура в  ядре поднимается, как считается, до 7000 К, а давление достигает 360 ГПа. Внешняя часть ядра жидкая.

За ядром следует  мантия, составляющая 67% массы Земли  и 83% ее объема. Мантия – толща частично расплавленного вязкого вещества, гораздо  более плотного, чем внешняя часть  ядра планеты, но все еще не твердого. Она состоит из перидотитов –  пород, содержащих силикаты магния, железа, кальция. Так как мантия – самый  широкий из слоев Земли, то физические условия во всей ее толще неодинаковы. Чем глубже к ядру планеты, тем  выше давление, и вещества мантии претерпевают значительные изменения. На глубине  примерно 660 км эти изменения становятся необратимыми, и там образуется граница, через которую мантийное вещество уже не может взаимопроникать.

Таким образом, мантия разделяется на два слоя – верхний  и нижний. Нижний слой простирается до земного ядра, и за все время  жизни нашей планеты он претерпел  малозначительные изменения, верхний  же расположен непосредственно под  земной корой и образует ее. Между  мантией и корой проходит четкая граница, определяемая исследованием  движения сейсмических волн – граница  Мохоровичича, названная так по фамилии югославского сейсмолога, обнаружившего ее еще в 1909 г.

Говоря о земной коре, образующей континенты, океаны и  сушу, на которой мы все живем, нельзя не рассказать о теории литосферных плит. Наружная часть мантии, на которой расположена кора, является, по сути, перегретой вязкой жидкостью. В ней постоянно происходят тепловые процессы, приводящие к деформации литосферы – каменной оболочки Земли. Литосфера напоминает собой потрескавшееся яйцо, где каждая скорлупка – это литосферная плита. Под влиянием процессов, происходящих в мантии, эти плиты постоянно двигаются относительно друг друга. 

Еще в XVII вв. людей  поражало совпадение береговой линии  западного побережья Африки и  восточного побережья Южной Америки. Но только теперь наука пришла к  пониманию, что некогда эти береговые  линии совпадали, образуя один континент, который за миллионы лет раскололся и разошелся по разным полушариям. 

Крупнейшими литосферными плитами являются африканская, антарктическая, австралийская, тихоокеанская, евразийская, северо-американская и южно-американская, а более маленькими – индостанская, арабская, карибская, плита наска и плита Скотия. Индостанская плита почти приросла к австралийской еще 50 млн. лет назад. Тихоокеанская плита – самая быстрая, она двигается со скоростью около 70 мм в год, а евразийская – самая медленная. Ее скорость не превышает 21 мм в год. 

Исследования строения нашей планеты продолжают вестись  все новыми и новыми методами. Ведь посылая аппараты в космос для  изучения других планет, мы должны приложить  все усилия и для понимания  устройства нашей родины. Самая глубокая в мире исследовательская скважина пробурена на Кольском полуострове, ее глубина составляет 12262 метра. Эта  скважина была заложена в мае 1970 г  в рамках первой программы сверхглубокого континентального бурения. Второй по глубине  в СССР стала Саатлинская скважина на территории Азербайджана, ее глубина составила 8324 м. Проектная глубина равнялась 11 км, но, к сожалению, как независимое государство Азербайджан не смог финансировать такой долгосрочный научный проект. Во времена СССР было пробурено еще 10 научных скважин глубиной от 4 до 9 км. В настоящее время в России продолжается бурение Уральской сверхглубокой скважины.

4. Относительный и абсолютный возраст Земли и методы его определения

Необходимо заметить, что людей первоначально заинтересовал  возраст не Земли как небесного  тела, а именно обитаемой Земли - как сейчас сказали бы, биосферы. Однако ясно, что, определив время  возникновения жизни, мы тем самым  получим минимальный срок существования  и самой планеты. А поскольку  источником жизни на Земле вполне справедливо полагали энергию Солнца, то возраст нашего светила, в свою очередь, даст нам максимальный срок существования биосферы.

Необходимо было найти источник, питающий своей энергией Солнце - иначе вообще рушился закон  сохранения энергии. И вот в 1853 г. Г. Гельмгольцу удалось предложить вполне приемлемую для того времени  гипотезу. Он предположил, что Солнце постоянно сжимается - верхние его слои под собственной тяжестью как бы падают на нижние, а их потенциальная энергия при этом убывает (ведь масса слоев постоянна, а высота их "подъема" над центром Солнца уменьшается); именно "теряющаяся" потенциальная энергия верхних слоев и выделяется в виде тепла и света. Возникает вопрос: какая скорость этого сжатия необходима для того, чтобы обеспечить нынешнюю светимость Солнца? Ответ: очень небольшая - за 250 лет (то есть за все время существования современной астрономии) - всего-навсего 37 км; для сравнения: нынешний диаметр Солнца - почти 1,5 миллиона км. Очевидно, что такие изменения диаметра никакими измерительными приборами не ловятся. 

Гипотеза эта имела  и одно следствие, прямо касающееся возраста Земли. Если считать, что светимость Солнца (и, соответственно, скорость его  сжатия) в прежние времена была примерно такой же, как сейчас, то, согласно расчетам Гельмгольца, 18 миллионов  лет назад диаметр светила  должен был превышать нынешний диаметр  орбиты Земли. Следовательно, наша планета  никак не старше этих самых 18 миллионов  лет. Физиков эта цифра вполне удовлетворила, и они сочли вопрос о предельном возрасте Земли исчерпанным, но вот геологи восстали против такой датировки самым решительным образом. 

Дело в том, что  геология уже накопила к тому времени  огромное количество эмпирических (т.е. основанных на непосредственном опыте) данных о строении поверхностных  слоев планеты и о происходящих на ней процессах (например, о движении горных ледников, водной эрозии и т.д.). В 1830 году Ч. Лайелль, исходя из того, что геологические процессы (прежде всего осадконакопление) в прошлом должны были протекать примерно с той же скоростью, что и ныне - принцип актуализма [01] - подсчитал, что время, необходимое для образования одних только доступных для прямого изучения осадочных толщ, должно составлять несколько сот миллионов лет. Расчеты Лайелля основывались на гигантском фактическом материале и казались геологам и биологам гораздо более близкими к истине, чем гельмгольцевы 18 миллионов лет. Однако логика Гельмгольца казалась неопровержимой - с законом сохранения энергии особо не поспоришь... Для того, чтобы возобладала точка зрения геологов (а правильной, как теперь известно, оказалась именно она) необходимо было найти иной, чем гравитационное сжатие, источник энергии для Солнца. 

В 1896 году А. Беккерель  открыл явление радиоактивности. Радиоактивность  оказалась одним из типов ядерных  реакций - изменений в комбинациях  составляющих атомное ядро протонов и нейтронов; при этих реакциях выделяется неизмеримо больше энергии, чем при  любых химических превращениях. В 1905 году А. Эйнштейн установил, что в  ядерных реакциях массу можно  рассматривать как чрезвычайно  концентрированную форму энергии, и вывел свою знаменитую формулу  их эквивалентности: Е = mc2 , где с - скорость света. Величина c2 чрезвычайно велика, а потому даже небольшое количество массы эквивалентно огромному количеству энергии: 1 г массы = 21,5 млрд ккал (столько энергии выделится, если сжечь два с половиной миллиона литров бензина). Если предположить, что Солнце черпает энергию за счет ядерных реакций (каких именно - пока неважно, эйнштейнова формула справедлива для них всех), то для обеспечения его нынешней светимости необходимо расходовать 4600 тонн вещества в секунду.