Доклад теории образования земли. Школьная энциклопедия

Умы человечества всегда волновал вопрос происхождения Земли и планет. Многие ученые, в том числе такие гиганты науки как: Р. Декарт в 1644 г., Ж.Л.Л. Бюффон в 1745 г., И. Кант в 1735 г., П.С. Лаплас в 1796 г., С.А. Аррениус в 1913 г., X. Джеффрис и Дж.Х. Джинс в 1917 г., Н. Рассел в 1935 г., О.Ю. Шмидт в 1943 г., Дж. Койпер в 1949 г., выдвигали различные гипотезы образования Солнечной системы. Существует более 200 разнообразных гипотез происхождения звезд, планет и Вселенной, однако наибольшее признание получили лишь некоторые из них. Первым, высказавшим мысль о том, что многие звезды, как и Солнце, окружены планетами и эти системы то возникают, то умирают, был Джордано Бруно в ХVI веке!

Гипотеза Канта-Лапласа. В 1755 г. в Кенигсберге вышла книга «Общая естественная история и теория неба». Автором труда был немецкий философ Иммануил Кант. Несколько позже (1797 г.) французский математик П.Лаплас опубликовал гипотезу о происхождении планет. По Канту, первозданная Вселенная состояла из хаоса, твердых, раскаленных неподвижных частиц, которые приобрели движение согласно закону всемирного тяготения. По Лапласу, Солнечная система состояла из газовой раскаленной туманности, но, в отличие от кантовской, она сразу получила вращение. По Канту и Лапласу, вращение туманности, наличие разных скоростей вращения – центробежной, центростремительной – привело к обособлению раскаленных сгустков материи – зародышей будущих планет. Эта туманность за счет вращения имела сплюснутую форму. Вращение раскаленной туманности, ускорявшееся по мере ее сжатия, привело под действием центробежной силы к отслоению не только сгустков, но и целых колец материи. Произошло это приблизительно так. Облако медленно вращалось и постепенно сжималось и охлаждалось. Но чем больше сжималась масса, тем быстрее она вращалась. С увеличением скорости вращения увеличивалась центробежная сила. И тогда часть вещества быстро вращающегося облака стала от него отделяться и, наконец, образовались все планеты, вращающиеся каждая по своей орбите вокруг Солнца.

Гипотеза получила название «небулярной» от латинского слова «небус» – туманность – и послужила основой формирования науки о происхождении всех небесных тел – космогонии. Гипотеза Канта – Лапласа более 150 лет считалась ведущей в ряду других космогонических воззрений, но в процессе бурного развития научно-технического прогресса в ней появились бреши. Например, еще при жизни Лапласа астроном В. Гершель, открывший планету Уран, обнаружил, что два его спутника обращаются в обратном направлении, а плоскости их орбит почти перпендикулярны плоскости орбиты самой планеты. Появились и другие ошибки в этой гипотезе.

Гипотеза Шмидта. В 1948 г. советский ученый-исследователь Арктики О.Ю. Шмидт выдвинул принципиально новую гипотезу образования нашей Земли и планет Солнечной системы из холодного облака межзвездной материи. Несколько миллиардов лет тому назад «наше» Солнце встретило при своем движении во Вселенной большую газопылевую туманность. Значительная часть туманности последовала за Солнцем и стала вращаться вокруг него. Отдельные мелкие частицы слипались в крупные сгустки. Сгустки по мере своего движения также сталкивались друг с другом и обрастали все новым материалом, образуя плотные комья – зародыши будущих планет (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Формирование Солнечной системы по гипотезе О.Ю.Шмидта (по Карлович И.А., 2004)

По О.Ю.Шмидту, в период формирования Земли ее поверхность оставалась холодной, сгустки сжимались, за счет этого начался процесс самогравитации вещества, внутренняя часть постепенно нагревалась от тепла, выделяемого при распаде радиоактивных элементов. С годами у гипотезы Шмидта появилось много слабых сторон, одна из них – это предположение о захвате Солнцем части встретившегося газопылевого облака. Исходя из закона механики, для захвата Солнцем вещества необходимо было полностью остановить это вещество, а Солнце должно было обладать громадной силой притяжения, способной остановить это облако и притянуть его к себе. Гипотеза не дает ответа о распределении планет по расстояниям, не отвечает на вопрос образования спутника Земли, Луны, и почему, например, Деймос, спутник Марса, обгоняет Марс.

Гипотеза Амбарцумяна. По этой гипотезе, в глубинах Вселенной существуют сверхплотные тела, которые делятся на части, образуя звездные ассоциации. Примерно 5 миллиардов лет под влиянием взрыва в звездной ассоциации нашей Галактики возникло массивное сгущение холодной газопылевой материи. Сгущение начало сжиматься и раскручиваться. Силы, действующие в нем, приводили к концентрации материи в центре, сплющиванию облака и отрыву газопылевой массы по краям сгущения. Дальнейшие сжатия материи вызвали рост давлений и температуры. Высокие давления и температура обусловили появление ядерных реакций, превращение водорода в гелий, которые разогрели сгущение до высокой температуры и дали начало «нашему» Солнцу. По периферии Солнца концентрировались отдельные газопылевые скопления – зародыши будущих планет Солнечной системы.

На основе взглядов О.Ю. Шмидта (1944), В. Амбарцумяна (1947), B.C. Сафронова (1969), А.П. Камерона (1975), Е.Л. Рускола (1975), О.Г. Сорохтина и С.А Ушакова (1991), В.И.Зубова и Н.А. Кожина (1996) сформировалась современная теория планетарного образования Земли и других планет Солнечной системы (рис. 1.4). Причиной появления планет нашей системы явился взрыв сверхновой звезды. Ударная волна от взрыва около 5 млрд лет назад сильно сжала газопылевую туманность. Концентрация материального вещества (пыли, смесей газов, водорода, гелия, углерода, тяжелых металлов, сульфидов) оказалась настолько значительной, что это привело к началу термоядерного синтеза, росту температуры, давлению, появлению явления самогравитации в первичном Солнце и зарождению протопланет. Причем, химические реакции, процессы горения всего за несколько десятков миллионов лет разогрели Протосолнце до 900-1000°С. Солнце обрело магнетизм и способность самоизлучать. Давление солнечного ветра, ионизирующие лучи способствовали оттеснению газов, частиц, зародышей планет на периферию протопланетного облака. В начальный период образования протопланет в пределах Солнечной системы преобладали процессы аккреции вещества. Соударение частиц, сгустков и комков в процессе аккреции привело к выделению энергии, которая, в свою очередь, обусловила почти плавление вещества первичных планет – сгустков, и перераспределение вещества по плотности не только в первичных планетах, но и во всем протооблаке. Первичная Земля оказалось связана с Луной приливными взаимодействиями. Более того, Земля была обязана своим существованием первичной Луне. В системе двойной звезды Земля-Луна Луна по объему была больше первичной Земли (Протоземли). Луна могла бы поглотить первичную Землю, как она поглотила множество близко расположенных сгустков космического вещества. Луна своим воздействием «раскрутила» Землю, определила наклон оси ее вращения своей орбитой и массой и обусловила климатическую зональность Земли, возникновение электрического и магнитного полей.

Рис. 1.4. Формирование Солнечной системы:

1 – взрыв сверхновой звезды порождает ударные волны, воздействующие на газопылевое облако; 2 – газопылевое облако начинает фрагментироваться и сплющиваться, закручиваясь при этом;

3 – первичная солнечная небула (туманность); 4 – образование Солнца и гигантских, богатых газом планет – Юпитера и Сатурна; 5 – ионизированный газ – солнечный ветер сдувает газ из внутренней зоны системы и с мелких планетезималей; 6 – образование внутренних планет из планетезималей в течение 100 млн лет и формирование облаков Оорта, состоящих из комет (по Короновскому Н.В., 2002)

Около 4,6-4,5 млрд лет назад планеты двойной звезды Земля-Луна находились довольно близко друг от друга в пределах сил притяжения. Приливные силы Протолуны и Протоземли как бы соревновались друг с другом. Через каждые 18 часов на поверхности планет возникали вспучивания размягченного поверхностного вещества. Амплитуда поднятий (горбов) достигала 1-1,5 километров. Планеты подходили настолько близко друг к другу, что вещество горбов, порой в виде брызг, перетекало на Луну или Землю. Так как Луна была крупнее и более активно влияла на Землю, то на поверхности Земли образовалась система более крупных приливных горбов. Возникновение нескольких приливных горбов на Земле привело к увеличению угловой скорости ее вращения. Близкое приближение Протолуны к Протоземле вызвало разрушение Протолуны. Внешняя оболочка Протолуны оказалась сорвана и «перетекла» на Протоземлю. Обновленная и облегченная Луна переместилась на соседнюю орбиту и стала естественным спутником Земли.

В отличие от быстрого разогрева Протосолнца, разогрев первичных планет Солнечной системы протекал медленно. Предполагается, что формирование основной массы Земли произошло за 100 млн лет. В начальный этап Земля представляла собой планету, в которой только начался процесс дифференциации вещества. Около 4,5 млрд лет назад молодая Земля представляла собой неуютную, холодную планету, покрытую слоем космической пыли. Вещественный состав планеты был почти однородным. Преобладали в составе Земли ультраосновные магматические породы. Плотность вещества на поверхности была 3,9 г/см3, а в центре планеты не выше 7 г/см3. Появление процессов химико-плотностной дифференциации вещества Земли привело к явлению конвекции первичного вещества, расслоению его по плотности на геосферы, происхождению гидросферы и атмосферы.

В целом формирование геосфер Земли объяснимо с позиций двух предположений: об однородности состава первичной Земли и ее относительно меньшем исходном теплозапасе по сравнению с современным. По данной модели главным двигателем эволюции Земли является процесс химико-плотностной дифференциации вещества, который ведет к образованию плотного окисно-железного ядра, силикатной оболочке, мантии с ее конвенктивными течениями (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Схема конвективных течений вблизи границы мантия-ядро и формирование восходящих потоков в мантии (по Сорохтину О.Г., 1979)

Конвективные течения – перемещения масс жидкости или газа вследствие разницы температур в отдельных местах среды и соответствующей разницы плотности.

Земля дифференцирована по свойствам и составу вещества. Когда и как произошла эта дифференциация? 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? На этот вопрос однозначного ответа не существует, но предпочтение 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 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 три 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 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.

После образования земного ядра (на границе архея и протерозоя), содержащего около 63% современной массы, дальнейший рост Земли происходил уже более спокойно и равномерно по тектономагматическим циклам. Таких циклов ученые-тектонисты насчитали за последние 3 млрд лет около 14. Значительная тектоническая активность на Земле наблюдалась около 2,6 млрд лет назад, перемещение литосферных плит в то время происходило со скоростью 2-3 м в год. Поверхность Земли была окутана плотной углекисло-азотной атмосферой с давлением до 4-5 атм и температурой до +30…+100 °С. Возник первый неглубокий Мировой океан, дно которого было покрыто базальтами и серпентинитом.

В раннем протерозое произошло насыщение первичной водой серпентинитового слоя океанической коры. Серпентинизация океанической коры привела к связыванию избытка СО2 в карбонатные системы. Это сразу сказалось на снижении парциального давления углекислого газа в первичной атмосфере. В свою очередь, уменьшение углекислого газа в атмосфере привело к резкому снижению температуры на поверхности Земли. Появление кислорода и озонового слоя в атмосфере способствовало формированию биосферы и географической оболочки.

По мнению В.Н. Вернадского, все многообразие природных ресурсов Земли обусловлено взаимодействием ее верхних оболочек: литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. В образовании природных ресурсов прослеживается периодичность, обусловленная геологическими и геохимическими циклами. Самостоятельным циклом принято считать галактический год продолжительностью 176 млн лет. Каждому галактическому году соответствует эпоха горообразования. За последние 570 млн лет произошло 3 галактических года и 24 цикла. Продолжительность каждого цикла 22 млн лет. Установлено, что по крайней мере 24 раза в земной коре происходило накопление разнообразных минералов, горючих сланцев, угля, нефти, газа, солей, фосфоритов, меди, марганца, полиметаллов. Распределены минеральные ресурсы крайне неравномерно на материках и в океанах.

Процесс расслоения, дифференциации недр происходил на всех планетах, но на Земле он происходит и сейчас, обеспечивая существование жидкого внешнего ядра и конвекцию в мантии. Атмосфера и гидросфера возникли в результате конденсации газов, выделявшихся на ранней стадии развития планеты.

Космогоническая теория Шмидта известна как теория «холодного» образования Земли и других планет Солнечной системы из газопылевого облака, окружавшего Солнце.

Его теория отличается от предшествующих, рассматривавших образование планет из раскаленных газовых сгустков. Согласно гипотезе Шмидта, Земля образовалась из холодных твердых тел и сначала была относительно холодной.
Этот процесс условно можно разделить на два этапа: сначала из пылевого компонента облака образовались "промежуточные" тела размером в сотни километров. Как это происходило? Шмидт считал, что во вращающемся газово-пылевом облаке пыль под действием гравитации опускалась к центральной плоскости – образовался пылевой субдиск. Затем в пылевом слое плотность достигла критических размеров и в результате гравитационной неустойчивости этот субдиск распался на множество пылевых сгущений. Сгущения сталкивались между собой и одновременно в результате этого объединялись и сжимались – в результате образовались компактные тела астероидных размеров. Это был первый этап .

Второй этап : из роя "промежуточных" тел и из обломков сформировались планеты. Сначала они двигались по круговым орбитам в плоскости породившего их пылевого слоя. Они росли, сливаясь друг с другом. Планеты изначально были холодными. Разогревание этих планет произошло позже в результате сжатия, а также поступления солнечной энергии. Разогрев Земли сопровождали массовые излияния лав на поверхность в результате вулканической деятельности. Благодаря этому излиянию сформировались первые покровы Земли. Из лав выделялись газы. Они образовали первичную атмосферу, в которой еще не было кислорода. Больше половины объема первичной атмосферы составляли пары воды, а температура ее превышала 100°С. При дальнейшем постепенном остывании атмосферы произошла конденсация водяных паров, что привело к выпадению дождей и образованию первичного океана. Это произошло около 4,5-5 млрд. лет назад. Позднее началось формирование суши, которая представляет собой утолщенные, относительно легкие части литосферных плит, поднимающихся выше уровня океана.

Гравитационное взаимодействие "промежуточных" тел усиливалось по мере их роста, постепенно изменяло их орбиты. При объединении многих тел в планеты произошло усреднение индивидуальных свойств движения отдельных тел, и поэтому орбиты планет получились почти круговыми. Самые крупные планеты - Юпитер и Сатурн - на основной стадии аккумуляции вбирали в себя не только твердые тела, но и газы.
Одним из главных доводов в пользу этой гипотезы является дефицит на Земле, Венере и Марсе тяжелых инертных газов неона, аргона, криптона и ксенона по сравнению с их солнечным и космическим обилием.

В чем была ценность гипотезы Шмидта? Она позволила объяснить распределение момента количества движения между Солнцем и планетами, объясняла наблюдаемую закономерность в распределении планет Солнечной системы, согласовывалась с оценкой возраста Земли по возрасту горных пород.
Но еще раз напомним: цель космогонических гипотез - объяснить однообразие движения и состава небесных тел. Они исходят из понятия о первоначальном состоянии материи, заполняющей всё пространство, которой присущи известные свойства, вызывающие все дальнейшие эволюции. Известны космогонические гипотезы Канта, Лапласа-Роша, Фая, Джинса, Фесенкова и др., а также космологические парадоксы. Следует знать, что эти гипотезы - лишь образец того, как могли бы развиться системы, подобные Солнечной. Единой и окончательной теории образования звезд, планет и галактик пока не существует .

О.Ю.Шмидт

Отто Юльевич Шмидт родился 30 сентября 1891 г. в Могилёве (Белоруссия). Шмидт – выдающийся советский исследователь Арктики, учёный в области математики и астрономии, академик АН СССР.
В 1909 г. окончил 2-ю классическую гимназию города Киева с золотой медалью, в 1916 году – физико-математический факультет Киевского университета. Первые три научные работы по теории групп написал в 1912-1913 годах, за одну из которых ему присуждена золотая медаль. С 1916 года приват-доцент в Киевском университете.
После Октябрьской революции 1917 года О.Ю.Шмидт – член коллегий ряда наркоматов (Наркомпрода в 1918-1920 годах, Наркомфина в 1921-1922 годах и других) и один из организаторов высшего образования, науки (работал в Наркомпросе, Государственном учёном совете при СНК СССР, Коммунистической академии). В 1921-1924 годах он руководит Государственным издательством, организует первое издание Большой Советской Энциклопедии , принимает деятельное участие в реформе высшей школы и разработке сети научно-исследовательских учреждений. В 1923-1956 годах профессор Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова (МГУ).

В 1928 г. О.Ю. Шмидт принимал участие в первой советско-германской памирской экспедиции , организованной АН СССР. Целью экспедиции было изучение структуры горных цепей, ледников, перевалов и восхождение на наиболее высокие вершины Западного Памира.
В 1929 году была организована арктическая экспедиция на ледокольном пароходе «Седов» . Начальником этой экспедиции и «правительственным комиссаром архипелага Франца-Иосифа» был назначен Шмидт. Экспедиция успешно достигает Земли Франца-Иосифа; О.Ю. Шмидт создал в бухте Тихой полярную геофизическую обсерваторию, обследовал проливы архипелага и некоторые острова. В 1930 году была организована вторая арктическая экспедиция под руководством Шмидта на ледокольном пароходе «Седов». Были открыты острова Визе, Исаченко, Воронина, Длинный, Домашний, западные берега Северной Земли. Во время экспедиции был открыт остров, который был назван в честь начальника экспедиции – островом Шмидта.
В 1932 году экспедиция под руководством Шмидта на ледокольном пароходе «Сибиряков» в одну навигацию прошла весь Северный морской путь, положила прочное начало регулярным плаваниям вдоль берегов Сибири. В 1933-1934 годах была проведена экспедиция на пароходе «Челюскин» под руководством Шмидта с целью проверить возможность плавания по Северной морской трассе на корабле неледокольного класса.
В 1930-1932 годах он директор Арктического института. В 1937 году по инициативе Шмидта был организован Институт теоретической геофизики АН СССР (Шмидт был директором до 1949 года).
В 1937 году Шмидт организовал экспедицию на первую в мире дрейфующую научную станцию «Северный полюс-1» в самом центре Северного Ледовитого океана, за это ему было присвоено звание Героя Советского Союза. А в 1938 году возглавил операцию по снятию персонала станции со льдины.
C 1951 года Шмидт - главный редактор журнала «Природа». В 1951-1956 годах работал в Геофизическом отделении МГУ.
Основные работы в области математики относятся к алгебре. Шмидт – основатель московской алгебраической школы, руководителем которой он был в течение многих лет. В середине 1940-х годов Шмидт выдвинул новую космогоническую гипотезу об образовании Земли и планет Солнечной системы (гипотеза Шмидта), разработку которой продолжал совместно с группой советских учёных до конца жизни.
Скончался О.Ю. Шмидт 7 сентября 1956 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.

Форма, размеры и строение земного шара

Земля имеет сложную конфигурацию. Ее форма не соответствует ни одной из правильных геометрических фигур. Говоря о форме земного шара, считают, что фигура Земли ограничивается воображаемой поверхностью, совпадающей с поверхностью воды в Мировом океане, условно продолженной под материками таким образом, чтобы отвесная линия в любой точке земного шара была перпендикуляром к этой поверхности. Такую форму называют геоидом, т.е. формой, свойственной только Земле.

Изучение формы Земли имеет довольно длинную историю. Первые предположения о шарообразной форме Земли принадлежат древнегреческому ученому Пифагору (571-497 гг. до н.э.). Однако научные доказательства шарообразности планеты были приведены Аристотелем (384-322 гг. до н.э.),первым объяснившим природу лунных затмений как тень Земли.

В 18 веке И.Ньютон (1643-1727 гг.) рассчитал, что вращение Земли обуславливает отклонение ее формы от точного шара и придает ей некоторцю сплюстнутость у полюсов. Причиной этого является центробежная сила.

Определение размеров Земли тоже издавна занимало умы человечества. Впервые размеры планеты рассчитал александрийский ученый Эратосфен Киренский (около 276-194 гг. до н.э.): по его данным радиус Земли составляет около 6290 км. В 1024-1039 гг. н.э. Абу Рейхан Бируни вычислил радиус Земли, оказавшийся равным 6340 км.

Впервые точное вычисление формы и размеров геоида было произведено в 1940 году А.А.Изотовым. Рассчитанная им фигура названа в честь известного русского геодезиста Ф.Н.Красовского эллипсоидом Красовского. Эти вычисления показали, что фигура Земли представляет собой трехосный эллипсоид и отличается от эллипсоида вращения.

По данным измерений, Земля - сплюснутый с полюсов шар. Экваториальный радиус (большая полуось эллипслида - а) равен 6378 км 245 м, полярный радиус (малая полуось - б) составляет 6356 км 863 м. Разница между экваториальным и полярным радиусами равна 21 км 382 м. Сжатие Земли (отношение разности между а и б к а) составляет (а-б)/а=1/298,3. В тех случаях, когда не требуется большая точность, средний радиус Земли принимают равным 6371 км.

Современные измерения показывают, что поверхность геоида несколько превышает 510 млн.км, а объем Земли составляет примерно 1,083 млрд. км. Определение других характеристик Земли - массы и плотности - производится на основании фундаментальных законов физики.Так масса Земли равна 5,98*10 т.Значение средней плотности оказалось равным 5,517 г/см.

Общее строение Земли

К настоящему времени по сейсмологическим данным в Земле выделяют около десяти границ раздела, свидетельствующих о концентрическом характере ее внутреннего строения. Основными из этих границ являются: поверхность Мохоровичича на глубинах 30-70 км на континентах и на глубинах 5-10 км под дном океана; поверхность Вихерта - Гутенберга на глубине 2900 км. Эти основные границы делят нашу планету на три концентрические оболочки - геосферы:

Земную кору - внешнюю оболочку Земли, расположенную над поверхностью Мохоровичича;

Мантию Земли - промежуточную оболочку, ограниченную поверностями Мохоровичича и Вихерта - Гутенберга;

Ядро Земли - центральное тело нашей планеты, расположеное глубже поверхности Вихерта - Гутенберга.

Кроме основных границ выделяют ряд второстепенных поверхностей внутри геосфер.

Земная кора. Эта геосфера составляет небольшую долю от общей массы Земли.По мощности и составу выделяют три типа земной коры:

Континентальная кора характеризуется максимальной мощностью, достигающей 70 км. Она состомт из магматических, метаморфических и осадочных горных пород, которые образуют три слоя. Мощность верхнего слоя (осадочные) обычно не превышает 10-15 км. Ниже залегает гранитно-гнейсовый слой мощностью 10-20 км. В нижней части коры залегает бальзатовый слой мощностью до 40 км.

Океаническая кора характеризуется небольшой мощностью - снижающейся до 10-15 км. Она так же состоит из 3 слоев. Верхний, осадочный, не превышает нескольких сот метров. Второй, бальзатовый, общей мощностью 1,5-2 км. Нижний слой океанической коры достигает мощности 3-5 км. В составе данного типа земной коры отсутствует гранитно-гнейсовый слой.

Кора переходных областей обычно характерна для периферии крупных континентов, где развиты окраинные моря, имеются архипелаги островов. Здесь происходит замена континентальной коры на океаническую и, естественно, по строению, мощности и плотности пород кора переходных областей занимает промежуточное место между указаными выше двумя типами кор.

Мантия Земли. Эта геосфера является самым крупным элементом Земли - она занимает 83% ее объема и составляет около 66% ее массы. В составе мантии выделяют ряд границ раздела, основными из которых являются поверхности, залегающие на глубинах 410, 950 и 2700 км. По значениям физических параметров эта геосфера делится на две субоболочки:

Верхняя мантия (от поверхности Мохоровичича до глубины 950 км).

Нижняя мантия (от глубины 950 км до поверхности Вихерта - Гутенберга).

Верхняя мантия в свою очередь подразделяется на слои. Верхний, залегающий от поверхности Мохоровичича до глубины 410 км, называется слоем Гутенберга. Внутри этого слоя выделяют жесткий слой и астеносферу. Земная кора вместе с твердой частью слоя Гутенберга образует единый жесткий слой, лежащий на астеносфере, который называется литосферой.

Ниже слоя Гутенберга залегает слой Голицина. Который иногда называют средней мантией.

Нижняя мантия имеет значительную мощность, почти 2 тыс км, и состоит из двух слоев.

Ядро Земли. Центральная геосфра Земли занимает около17% ее объема и составляет 34% е массы. В разрезе ядра выделяют две границы - на глубинах 4980 и 5120 км. В связи с чем оно подразделяется на три элемента:

Внешнее ядро - от поверхности Вихерта - Гутенберга до 4980 км. Это вещество, находящееся высоких давлений и температур, не является жидкостью в обычном понимании. Но обладает некоторыми ее свойствами.

Переходная оболочка - в интерваде 4980-5120 км.

Субъядро - ниже 5120 км. Возможно, находится в твердом состоянии.

Химический состав Земли схож с составом других планет земной группы <#"justify">·литосфера (кора и самая верхняя часть мантии)

·гидросфера (жидкая оболочка)

·атмосфера (газовая оболочка)

Водой покрыто около 71% поверхности Земли, средняя её глубина примерно 4 км.

Атмосфера Земли:

более чем на 3/4 - азот (N2);

примерно на 1/5 - кислород (О2).

Облака, состоящие из мельчайших капелек воды, закрывают примерно 50% поверхности планеты.

Атмосферу нашей планеты, как и её недра, можно разделить на несколько слоёв.

·Самый нижний и плотный слой называется тропосферой. Здесь находятся облака.

·Метеоры зажигаются в мезосфере.

·Полярные сияния и множество орбит искусственных спутников - обитатели термосферы. Там же парят призрачные серебристые облака.

Гипотезы происхождения Земли. Первые космогонитические гипотезы

Научный подход к вопросу о происхождении Земли и Солнечной системы стал возможен после укрепления в науке мысли о материальном единстве во Вселенной. Возникает наука о происхождении и развитии небесных тел - космогония.

Первые попытки дать научное обоснование вопросу о происхождении и развитии Солнечной системы были сделаны 200 лет назад.

Все гипотезы о происхождении Земли можно разбить на две основные группы: небулярные (лат. «небула» - туман, газ) и катастрофические. В основе первой группы лежит принцип образования планет из газа, из пылевых туманностей. В основе второй группы - различные катастрофические явления (столкновение небесных тел, близкое прохождение друг от друга звезд и т.д.).

Одна из первых гипотез была высказана в 1745 году французским естествоиспытателем Ж.Бюффоном. Согласно этой гипотезе, наша планета образовалась в результате остывания одного из сгустков солнечного вещества, выброшенного Солнцем при катастрофическом столкновении его с крупной кометой. Мысль Ж.Бюффона об образовании Земли (и других планет) из плазмы была использована в целой серии более поздних и более совершенных гипотез «горячего» происхождения нашей планеты.

Небулярные теории. Гипотеза Канта и Лапласа

Среди них, безусловно, ведущее место занимает гипотеза, разработанная немецким философом И.Кантом (1755). Независимо от него другой ученый - француский математик и астроном П. Лаплас - пришел к тем же выводам, но разработал гипотезу более глубоко (1797). Обе гипотезы сходны между собой по существу и часто рассматриваются как одна, а авторов ее считают основоположниками научной космогонии.

Гипотеза Канта - Лапласа относится к группе небулярных гипотез. Согласно их концепции, на месте Солнечной системы располагалась ранее огромная газо-пылевая туманность (пылевая туманность из твердых частиц, по мнению И. Канта; газовая - по предположению П.Лапласа). Туманность была раскаленной и вращалась. Под действием законов тяготения материя ее постепенно уплотнялась, сплющивалась, образуя в центре ядро. Так образовалось первичное солнце. Дальнейшее охлаждение и уплотнение туманности привелок увеличению угловой скорости вращения, вследствие чего на экваторе произошло отделение наружной части туманности от основной массы в виде колец, вращающихся в экваториальной плоскости: их образовалось несколько. В качестве примера Лаплас приводил кольца Сатурна.

Неравномерно охлаждаясь, кольца разрывались, и вследствие притяжения между частицами происходило образование планет, обращающихся вокруг Слнца. Остывающие планеты покрывались твердой коркой, на поверхности которой стали развиваться геологические процессы.

И.Кант и П.Лаплас верно подметили основные и характерные черты строения Солнечной системы:

) подавляющая часть массы (99,86%) системы сосредоточена в Солнце;

) планеты обращаются почти по круговым орбитам и почти в одной и той же плоскости;

) все планеты и почти все их спутники вращаются в одну и ту же сторону, все планеты вращаются вокруг своей оси в ту же сторону.

Значительной заслугой И.Канта и П. Лапласа явилось создание гипотезы, в основу которой была положена идея развития материи. Оба ученых считали, что туманность обладала вращательным движением, вследствие чего произошло уплотнение частиц и образование планет и Солнца. Они полагали, что движение неотделимо от материи и так же вечно,как и сама материя.

Гипотеза Канта-Лапласа существовала в течене почти двух сотен лет. Впоследствии была доказана ее несостоятельность. Так, стало известно, что спутники некоторых планет, например Урана и Юпитера, вращаются в ином направлении, чем сами планеты. По данным современной физики, газ, отделившийся от центрального тела, должен рассеятьсяи не может сформироваться в газовые кольца, а позднее - в планеты. Другими существенными недостатками гипотезы Канта и Лапласа являются следующие:

Известно, что момент количества движения во вращающемся теле всегда остается постоянным и распределяется равномерно по всему телу пропорционально массе, расстоянию и угловой скорости соответствующей части тела. Этот закон распространяется и на туманность, из которой сформировались Солнце и планеты. В Солнечной системе количество движения не соответствует закону распределения количества движения в массе, возникшей из одного тела. В планета Солнечной системы сосредоточено 98% момента количества движения системы, а Солнце имеет только 2%, в то время как на долю Солнца приходится 99,86% всей массы Солнечной системы.

Если сложить моменты вращения Солнца и других планет, то при расчетах окажется, что первичное Солнце вращалось с той же скоростью, с какой сейчас вращается Юпитер. В связи с этим Солнце должно было обладать тем же сжатием, что и Юпитер. А этого, как показывают расчеты, недостаточно, чтобы вызвать дробление вращающегося Солнца, которое, как считали Кант и Лаплас, распалось вследствие избытка вращения.

В настоящее время доказано, что звезда, обладающая избытком вращения, распадается на части, а не образует семейство планет. Примером могут служить спектрально-двойные и кратные системы.

Катастрофические теории. Гипотеза Джинса

земля космогонический концентрический происхождение

После гипотезы Канта-Лапласа в космогонии было создано еще несколько гипотез образования Солнечной системы.

Появляются так называемые катострофические, в основе которых лежит элемент случайности, элемент счастливого стечения обстоятельств:

В отличии от Канта и Лапласа, которые «позаимствовали» у Ж.Бюффона лишь идею «горячего» возникновения Земли, последователи этого течения развивали еще и саму гипотезу катасттрофизма. Бюффон полагал, Земля и планеты образовались за счет столкновения Солнца с кометой; Чемберлен и Мультон - образование планет связано с приливным воздействием проходящей мимо Солнца другой звезды.

В качестве примера гипотезы катострофического направления рассмотрим концепцию английского астронома Джинса (1919г.). В основу его гипотезы положена возможность прохождения вблизи Солнца другой звезды. Под действием ее притяжения из Солнца вырвалась струя газа, которая при дальнейшей эволюции превратилась в планеты Солнечной системы. Газовая струя по своей форме напоминала сигару. В центральной части этого вращающегося вокруг Солнца тела образовались крупные планеты - Юпитер и Сатурн, а в концах «сигары» - планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плутон.

Джинс полагал, что прохождение звезды мимо Солнца, обусловившее образование планет Солнечной системы, позволяет объяснить несоответствие в распределении массы и момента количества движения в Солнечной системе. Звезда, вырвавшая газовую струю из Солнца, придала вращающейся «сигаре» избыток момента количества движения. Таким образом устранялся один из основных недостатков гипотезы Канта-Лапласа.

В 1943 г. русский астроном Н.И.Парийский вычислил, что при большой скорости звезды, проходившей мимо Солнца, газовый протуберанец должен был уйти вместе со звездой. При малой скорости звезды газовая струя должна была упасть на Солнце. Только в случае строго определенной скорости звезды газовый протуберанец мог бы стать спутником Солнца. В этом случае его орбита должна быть в 7 раз меньше орбиты самой близкой к Солнцу планеты - Меркурия.

Таким образом, гипотеза Джинса, так же как и гипотеза Канта-Лапласа, не смогла дать верного объяснения непропорциональному распределению момента количества движения в Солнечной системе

Кроме того, расчеты показали, что сближение звезд в мировом пространстве практически исключено, и даже если бы это произошло, проходящая звезда не могла бы придать планетам движение по круговым орбитам.

Современные гипотезы

Принципиально новая идея заложена в гипотезах «холодного» происхождения Земли. Наиболее глубоко разработана метеоритная гипотеза, предложенная советским ученым О.Ю.Шмидтом в 1944 году. Из других гипотез «холодного» происхождения следует назвать гипотезы К.Вейцзекера (1944 г.) и Дж.Койпера (1951г.), во многом близкие к теории О.Ю.Шмидта, Ф. Фойл (Англия), А. Камерон (США) и Э. Шацман (Франция).

Наиболее популярными являются гипотезы о происхождении Солнечной системы, созданные О.Ю. Шмидтом и В.Г.Фесенковым. Оба ученых при разработке своих гипотез исходили из представлений о единстве материи во Вселенной, о непрерывном движении и эволюции материи, являющихся ее основными свойствами, о разнообразии мира, обусловленного различными формами существования материи.

Гипотеза О.Ю. Шмидта

Согласно концепции О.Ю.Шмидта, Солнечная система образовалась из скопления межзвездной материи, захваченной Солнцем в процессе движения в мировом пространстве. Солнце движется вокруг центра Галактики, совершая полный оборот за 180 млн.лет. Среди звезд Галактики имеются большие скопления газово-пылевых туманностей.Исходя из этого, О.Ю.Шмидт полагал, что Солнце при движении вступило в одно из таких облаков и захватило его с собой. Вращение облака в сильном гравитационном поле Солнца привело к сложному перераспределению метеоритных частиц по массе, плотности и размерам, в результате чего часть метеоритов, центробежная сила которых оказалась слабее силы тяготения, была поглощена Солнце. Шмидт полагал, что первоначальное облако межзвездной материи обладало некоторым вращением, в противном случае его частицы выпали бы на Солнце.

Облако превращалось в плоский уплотненный вращающийся диск, в котором вследствие увеличения взаимного притяжения частиц происходило сгущение. Образовавшиеся сгущения-тела росли за счет присоединяющихся к ним мелких частиц, как снежный ком. В процессе обращения облака, при сталкивании частиц началось их слипание, образование более крупных по массе агрегатов и присоединение к ним - аккреция более мелких частиц, попадающих в сферу их гравитационного влияния. Таким путем образовались планеты и обращающиеся вокруг них спутники. Планеты стали вращаться по круговым орбитам вследствие усреднения орбит малых частиц.

Земля, по мнению О.Ю.Шмидта, также образовалась из роя холодных твердых частиц. Постепенное разогревание недр Земли произошло за счет энергетики радиоактивного распада, что привело к выделению воды и газа, входивших в небольших количествах в состав твердых частиц. В результате возникли океаны и атмосфера, обусловившие появление жизни на Земле.

О.Ю.Шмидт, а позднее его ученики дали серьезное физико-математическое обоснование метеоритной модели формирования планет Солнечной системы. Современная метеоритная гипотеза объясняет не только особенности движения планет(форму орбит, разные направления вращения и др.), но и фактически наблюдаемое распределение их по массе и плотности, а также соотношение планетарных моментов количества движения с солнечным. Ученый считал, что имеющиеся несоответствия в распределении моментов количества движения Солнца и планет объясняются разными первоначальными моментами количества движения Солнца и газово-пылевой туманности. Шмидт расчитал и математически обосновал расстояния планет от Солнца и между собойи выяснил причины образования крупных и мелких планет в разных частях Солнечной системы и разницу в их составе. Посредством расчетов обоснованы причины вращательного движения планет в одну сторону.

Недостатком гипотезы является рассмотрение вопроса о происхождении планет изолированно от образования Солнца - определяющего члена системы. Концепция не лишена элемента случайности: захвата Солнцем межзвездной материи. Действительно, возможность захвата Солнцем лостаточно крупного метеоритного облака очень мала. Более того, по рассчетам, такой захват возможен только при гравитационном содействии дркгой, близко находящейся звезды. Вероятность сочетания таких условий настолько незначительна, что это делает возможность захвата Солнцем межзвездного вещества событием исключительным.

Гипотеза В.Г. Фесенкова

Работы астронома В.А.Амбарцумяна, доказавшего непрерывность образования звезд в результате конденсации вещества из разряженных газово-пылевых туманностей, позволили академику В.Г.Фесенкову выдвинуть новую гипотезу (1960 г.),связывающюю происхождение Солнечной системы с общими закономерностями формирования материи в космическом пространстве. Фесенков полагал, что процесс образования планет широко распространен во Вселенной, где имеется много планетных систем. По его мнению, формирование планет связано с образованием новых звезд, возникающих в результате сгущения первоначально разреженного вещества в пределах одной из гигантских туманностей («глобул»). Эти туманности представляли собой весьма разреженную материю (плотностью порядка 10 г/см) и состояли из водорода, гелия и небольшого количества тяжелых металлов. Сначала в ядре «глобулы» сформировалось Солнце, которое было более горячей, массивной и быстро вращающейся звездой, чем в настоящее время. Эволюция Солнца сопровождалась неоднократными выбросами материи в протопланетное облако, в результате чегооно потеряло часть массы и передалообразующимся планетам значительную долю своего момента количества движения. Расчеты показывают, что при нестационарных выбросах материи из недр Солнца могло сложиться фактически наблюдаемое соотношение моментов количества движения Солнца и протопланетного облака(а следовательно и планет).Одновременное образование Солнца и планет доказывается одинаковым возрастом Земли и Солнца.

В результате уплотнения газово-пылевого облака сформировалось звездообразное сгущение. Под влиянием быстрого вращения туманности значительная часть газово-пылевой материи все больше удалялась от центра туманности по плоскости экватора, образуя нечто вроде диска. Постепенно уплотнение газово-пылевой туманности обусловило формирование планетных сгущений, образовавших впоследствии современные планеты Солнечной системы. В отличие от Шмидта Фесенков полагает, что газово-пылевая туманность находилась в раскаленном состоянии. Большой его заслугой является обоснование закона планетных расстояний в зависимости от плотности среды. В.Г.Фесенков математически обосновал причины устойчивости момента количества движенияв Солнечной системе потерей вещества Солнца при выборе материи, вследствие чего произошло замедление его вращения. В.Г.Фесенков приводит также доводы в пользу обратного движения некоторых спутников Юпитера и Сатурна, объясняя это захватом планетами астероидов.

Большую роль Фесенков придавал процессам радиоактивного распада изотопов К, U, Th и других, содержание которых тогда было значительно выше.

К настоящему времени теоритически рассчитан ряд вариантов радитогенного разогрева недр, наиболее детальный из которых предложен Е.А.Любимовой (1958г.). В соответствии с этими расчетами через один миллиард лет температура недр Земли на глубине нескольких сот километров достиглатемпературы плавления железа. К этому времени, по-видимому, относится начало образования ядра Земли, представленного опустившимися к ее центру металлами - железом и никелем. Позже, при дальнейшем повышении температуры, из мантии началось выплавление наиболее легкоплавких силикатов, которые в следствии небольшой плотности поднимались вверх. Этот процесс, теоритически и экспериментально изученный А.П.Виноградовым, объясняет образование земной коры.

Также нужно отметить две гипотезы, развившиеся к концу 20 века. Они рассматривали развитие Земли, не затрагивая развитие Солнечной системы в целом.

Земля была целиком расплавлена и в процессе истощения внутренних тепловых ресурсов (радилактивных элементов) постепенно стала остывать. В верхней части образовалась твердая корка. И при уменьшении объема остывшей планеты эта корка ломалась, и формировались складки и другие формы рельефа.

Полного плавления вещества на Земле не было. В относительно рыхлой протопланете формировались локальные очаги плавления (этот термин ввел академик Виноградов) на глубине около 100 км.

Постепенно количество радиоактивных элементов уменьшалось, и температура ЛОП снижалась. Из магмы кристализовывались и выпадали на дно первые высокотемпературные минералы. Химический состав этих минералов отличался от состава магмы. Из магмы извлекались тяжелые элементы. И остаточный расплав относительно обогащался легкими. После 1 фазы и дальнейшего понижения температуры из раствора кристализовывалась следующая фаза минералов, также содержащая больше тяжелых элементов. Так происходило постепенное остывание и кристализация ЛОПов. Из первоначального ультраосновного состава магмы образовалась магма основного бальзатового состава.

В верхней части ЛОПа образовывалась флюидная шапка (газово-жидкая). Бальзатовая магма обладала подвижностью и текучестью. Она прорвалась из ЛОПов и излилась на поверхность планеты, сформировав первую жесткую базальтовую корку. Флюидная шапка также прорвалась на поверхность и, смешавшись с остатками превичных газов, сформировала первую атмосферу планеты. В составе первичной атмосферы были окислы азота. Н, Не, инертные газы, СО, СО, НS, HCl, HF, CH, пары воды. Свободного кислорода почти не было. Температура поверхности Земли была около 100 С, жидкой фазы не было. Внутренность довольно рыхлой протопланеты имела температуру близкую к температуре плавления. В этих условиях интенсивно протекалм процессы тепломассопереноса внутри Земли. Они происходили ввиде тепловых конвекционных потоков (ТКП). Особенно важны ТКП, возникающие в поверхностных слоях. Там развивались ячеистые тепловые структуры, которые временами перестраивались в одноячеистую структуру. Восходящие ТКП передавали импульс движения на поверхность планеты (бальзатовая корка), и на ней создавалась зона растяжения. В результате растяжения в зоне подъема ТКП образуется мощный протяженный разлом длиной от 100 до 1000 км. Их назвали рифтовые разломы.

Температура поверхности планеты и ее атмосфера остывает ниже 100 С. Из первичной атмосферы конденсируется вода и формируется первичная гидросфера. Ландшафт Земли представляет собой мелководный океан с глубиной до 10 м, с отдельными вулканическими псевдоостровами, обнажающимися во время отливов. Постоянной суши не было.

При дальнейшем понижении температуры ЛОП полностью раскристализовывались и превращались в жесткие кристаллические ядра в недрах довольно рыхлой планеты.

Поверхностный покров планеиы подвергался разрушению со стороны агрессивных атмо- и гидросферы.

В результате всех этих процессов происходило образование магматических, осадочных и метаморфических пород.

Таким образом, гипотезы о происхождении нашей планеты объясняют современные данные о ее строении и положении в Солнечной системе. И освоение космоса, запуски спутников и космических ракет дают много новых фактов для практической проверки гипотез и дальнейшего совершенствования.

Обзор гипотез происхождения славян

Гипотезы происхождения славян: 1. дунайская, 2. карпатская, 3. гипотеза двух славянских прародин (А.А.Шахматов), 4...
Именно с Дуная начался процесс расселения славян, то есть славяне не были исконными жителями своей земли, речь идет об их миграции.

Современный научный мир постоянно изучает один вопрос, волнующий умы многих людей. О том, как создавалась Земля, существует много трудов и изданий учёных разных времён и народов. Сначала была теория о создании планеты какой-то божественной силой, после этого Земля стала приобретать образ шара. Далее учения Коперника поставили нашу планету в ряд с другими, которые вращаются вокруг солнца и составляют солнечную систему. Таким образом, начали формироваться подлинные знания о вселенной. Именно этот шаг был первым в научном решении данной проблемы, благодаря чему была создана не одна современная гипотеза происхождения земли.

Современная гипотеза происхождения земли глазами учёных

Первой, довольно серьёзной теорией была теория Канта-Лапласа. Данная современная гипотеза происхождения земли говорила о том, что сначала существовало некое газово-туманное облако, вращающееся вокруг некоего ядра, благодаря взаимному притягиванию, сгусток начал формироваться в диск и постепенно приплюснулся у полюсов, из-за неравномерности плотности газа, образовались кольца, которые со временем расслоились, после чего этот сгусток газов остыл и получились планеты, а отслоившиеся кольца – спутники. В центре туманности до сих пор существует не застывший сгусток, постоянно активный, и это Солнце, которое находится в центре солнечной системе. Эта теория была названа в честь двух знаменитых учёных, которые выдвинули это предположение. Однако постоянно изучая космос, учёные выясняют новые нюансы, поэтому эта теория стала недостаточно аргументированной, однако её ценность, до сих пор, играет большую роль в мире астрономии.

Другая теория от О. Ю. Шмидта немного отличается от предыдущей, однако эта современная гипотеза происхождения земли не менее интересна. По его предположению, перед формированием солнечной системы, само Солнце, путешествовало по галактике, притягивая газовые частицы, которые впоследствии слипались и формировали планеты, ещё холодные. Благодаря солнечной активности, планеты начали разогреваться и формироваться окончательно. Земля формировалась благодаря извержению вулканов и избивания лавы на поверхность планеты, что сформировало первичный покров. Газы, которые выделяла лава, испарившись, сформировали атмосферу для планеты, однако кислорода ещё не было. В этой атмосфере образовывались водные пары, которые при испарении под воздействием сто градусной температуры выпадали в крупных дождях, тем самым сформировав первичный океан. Из-за тектонической активности, литосферные плиты поднимались и образовывали часть суши, выделяющейся из океана, так образовались континенты.

Эта теория эволюции солнечной системы не всем пришла по душе. Позже, французский учёный Ж. Бюффон, предположил, что современная гипотеза происхождения земли должна быть следующая. Солнце находилось одно в космосе, но под влиянием другой звезды, которая пролетела мимо неё, сформировало галактику, вытянувшуюся на много километров. После этого звезда разлетелась на куски и под магнитными действиями Солнца вышла на его орбиту. Таким образом, куски звезды сформировали некоторые сгустки и образовались планеты.

Существует ещё одна современная гипотеза происхождения земли, которую предложил английский физик Хойлом. Он заявил, что у Солнца была звезда-близнец, которая под действием разных сил взорвалась, а осколки разлетелись на орбиту звезды. Таким образом, сформировались остальные планеты.

Учёными рассматривается не одна современная гипотеза происхождения земли, но все они основаны на одном и том, же принципе. Сначала был сгусток энергии и газов, а дальнейшее формирование происходило по-разному. Единственное сходство во всех теориях мы можем наблюдать спустя пять миллиардов лет формирования планет, когда получилась та Земля, которую мы можем видеть сейчас. Учёные до сих пор выдвигают разные теории происхождения галактики, опираясь на разные физические процессы, однако сейчас нет точной трактовки формирования солнечной системы. Однако все пришли к одному выводу, что формирование Солнца и других планет происходило в одно, и тоже время.

Введение

Земля – третья по порядку от Солнца планета в Солнечной системе. Она занимает пятое место по размеру и массе среди больших планет, но из внутренних планет так называемой «земной» группы, в которую входят Меркурий, Венера, Земля и Марс, она является самой крупной.

Состав и строение Земли в последние десятилетия продолжают оставаться одной из наиболее интригующих проблем современной геологии. Знания о внутреннем строении Земли пока очень поверхностны, так как получены на основании косвенных доказательств. Прямые свидетельства относятся только к поверхностной пленке планеты, чаще всего не превышающей полутора десятков километров. Помимо этого, важно изучать положение планеты Земля в космическом пространстве. Во-первых, чтобы понять закономерности и механизм развития Земли и земной коры, надо знать исходное состояние Земли при ее формировании. Во-вторых, изучение других планет доставляет ценнейший материал для познания ранних стадий развития нашей планеты. И, в-третьих, сравнение строения и эволюции Земли с другими планетами Солнечной системы позволяет понять, почему именно Земля стала родиной человечества.

Изучение внутреннего строения Земли актуально и жизненно важно. С ним связаны образование и размещение многих видов полезных ископаемых, рельефа земной поверхности, возникновение вулканов и землетрясений. Знания о строении Земли необходимы и для составления геологических и географических прогнозов.

Глава 1. Гипотезы происхождения Земли

На протяжении многих веков вопрос о происхождении Земли оставался монополией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и Солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в XVIII веке. С тех пор не переставали появляться все новые и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений.

Одна из первых гипотез была высказана в 1745 году французским естествоиспытателем Ж. Бюффоном. Согласно гипотезе, наша планета образовалась в результате остывания одного из сгустков солнечного вещества, выброшенного Солнцем при катастрофическом столкновении его с крупной кометой.

Мысль Бюффона об образовании Земли из солнечной плазмы была использована в целой серии более поздних и совершенных гипотез «горячего» происхождения Земли. Ведущее место занимает небулярная гипотеза, разработанная немецким философом И. Кантом в 1755 г. и французским математиком П. Лапласом в 1796 г. независимо друг от друга (рис.1). Согласно гипотезе, Солнечная система образовалась из единой раскаленной газовой туманности. Вращение вокруг оси обусловило дискообразную форму туманности. После того, как центробежная сила в экваториальной части туманности превысила силу тяготения, по всей периферии диска начали отделяться газовые кольца. Их остывание привело к формированию планет и их спутников, а из ядра туманности возникло Солнце.

Рис. 1. Небулярная гипотеза Лапласа. На этом рисунке наглядно представлено сгущение вращающейся газовой туманности в Солнце, планеты и астероиды

Гипотеза Лапласа была научной, поскольку основывалась на законах природы, известных из опыта. Однако после Лапласа были открыты новые явления в Солнечной системе, которые его теория не могла объяснить. Например, оказалось, что планеты Уран, Венера вращаются вокруг своей оси не в ту сторону, куда вращаются остальные планеты. Были лучше изучены свойства газов и особенности движения планет и их спутников. Эти явления также не согласовывались с гипотезой Лапласа и от нее пришлось отказаться.

Определенным этапом в развитии взглядов на образование Солнечной системы была гипотеза английского астрофизика Джеймса Джинса (рис.2). Он считал, что планеты образовались в результате катастрофы: какая-то относительно большая звезда прошла совсем близко от уже существовавшего Солнца, следствием чего явился выброс из поверхностных слоев Солнца струи газа, из которых впоследствии образовались планеты. Но гипотеза Джинса, так же как гипотеза Канта-Лапласа, не может объяснить несоответствие в распределении момента количества движения между планетами и Солнцем.

Рис. 2. Образование солнечной системы по Джинсу

Принципиально новая идея заложена в гипотезах «холодного» происхождения Земли. Наиболее глубоко разработана метеоритная гипотеза, предложенная советским ученым О. Ю. Шмидтом в 1944 г (рис.3). Согласно гипотезе, несколько миллиардов лет тому назад «наше» Солнце встретило при своем движении во Вселенной большую газопылевую туманность. Значительная часть туманности последовала за Солнцем и стала вращаться вокруг него. Отдельные мелкие частицы слипались в крупные сгустки. Сгустки по мере своего движения также сталкивались друг с другом и обрастали все новым материалом, образуя плотные комья – зародыши будущих планет.

Рис. 3. Образование солнечной системы по метеоритной гипотезе

О. Ю. Шмидта

По О. Ю. Шмидту, в период формирования Земли ее поверхность оставалась холодной, сгустки сжимались, за счет этого начался процесс самогравитации вещества, внутренняя часть постепенно нагревалась от тепла, выделяемого при распаде радиоактивных элементов. С годами у гипотезы Шмидта появилось много слабых сторон, одна из них – это предположение о захвате Солнцем части встретившегося газопылевого облака. Исходя из закона механики, для захвата Солнцем вещества необходимо было полностью остановить это вещество, а Солнце должно было обладать громадной силой притяжения, способной остановить это облако и притянуть его к себе. К недостаткам метеоритной гипотезы относится малая вероятность захвата Солнцем газово – пылевого (метеоритного) облака и отсутствие объяснения концентрического внутреннего строения Земли .

Со временем сложилось еще много теорий, касающихся происхождения Земли и Солнечной системы в целом. На основе взглядов О.Ю. Шмидта (1944), В. Амбарцумяна (1947), B.C. Сафронова (1969) и других ученых сформировалась современная теория планетарного образования Земли и других планет Солнечной системы (рис. 4). Причиной появления планет нашей системы явился взрыв сверхновой звезды. Ударная волна от взрыва около 5 млрд лет назад сильно сжала газопылевую туманность. Концентрация материального вещества (пыли, смесей газов, водорода, гелия, углерода, тяжелых металлов, сульфидов) оказалась настолько значительной, что это привело к началу термоядерного синтеза, росту температуры, давлению, появлению явления самогравитации в первичном Солнце и зарождению протопланет .

Рис. 4. Образование солнечной системы (современная теория)

1 – взрыв сверхновой звезды порождает ударные волны, воздействующие на газопылевое облако; 2 – газопылевое облако начинает фрагментироваться и сплющиваться, закручиваясь при этом; 3 – первичная солнечная небула (туманность); 4 – образование Солнца и гигантских, богатых газом планет – Юпитера и Сатурна; 5 – ионизированный газ – солнечный ветер сдувает газ из внутренней зоны системы и с мелких планетезималей; 6 – образование внутренних планет из планетезималей в течение 100 млн лет и формирование облаков Оорта, состоящих из комет

Первичная Земля оказалось связана с Луной приливными взаимодействиями. Луна определила наклон оси ее вращения своей орбитой и массой и обусловила климатическую зональность Земли, возникновение электрического и магнитного полей .

После образования земного ядра (на границе архея и протерозоя), содержащего около 63% современной массы, дальнейший рост Земли происходил уже более спокойно и равномерно по тектономагматическим циклам. Таких циклов ученые-тектонисты насчитали около 14. Значительная тектоническая активность на Земле наблюдалась около 2,6 млрд лет назад, перемещение литосферных плит в то время происходило со скоростью 2-3 м в год. Поверхность Земли была окутана плотной углекисло-азотной атмосферой с давлением до 4-5 атм. и температурой до +30…+100 °С. Возник первый неглубокий Мировой океан, дно которого было покрыто базальтами и серпентинитом.

В раннем протерозое произошло насыщение первичной водой третьего (серпентинитового) слоя океанической коры. Это сразу сказалось на снижении давления углекислого газа в первичной атмосфере. В свою очередь, уменьшение углекислого газа в атмосфере привело к резкому снижению температуры на поверхности Земли. Появление кислорода и озонового слоя в атмосфере способствовало формированию биосферы и географической оболочки .

Процесс расслоения, дифференциации недр на Земле он происходит и сейчас, обеспечивая существование жидкого внешнего ядра и конвекцию в мантии. Атмосфера и гидросфера возникли в результате конденсации газов, выделявшихся на ранней стадии развития планеты .