ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

Чтобы понять характер геологических процессов, происходивших на нашей планете, необходимо вкратце рассмотреть наиболее популярные гипотезы о происхождении Солнечной системы. Очевидно, что первоначальный способ образования планет во многом повлиял на их дальнейшую эволюцию и строение.

Множество гипотез о возникновении Солнечной системы, которые выдвигались в прошлом, оказались в противоречии с известными эмпирическими данными и теоретическими представлениями. Не составляет исключения и небулярная гипотеза Канта-Лапласа, пользовавшаяся большой популярностью в XIX в. Все эти гипотезы представляют сегодня лишь исторический интерес.

Среди современных гипотез следует выделить гипотезу шведского астрофизика Ханнеса Альвена (1908— 1995), который предполагает, что в далеком прошлом Солнце обладало сильным электромагнитным полем. Поэтому оно могло оказывать сильное воздействие на находящееся рядом с ним протопланетное облако. Нейтральные атомы протопланетного облака под влиянием электромагнитного поля подвергались ионизации и вовлекались в совместное движение с Солнцем. Со временем оно могло передать свой вращательный момент протопланетному газовому облаку, из которого и возникли известные сейчас планеты. Недостаток этой гипотезы заключается в том, что из нее вытекает следствие, согласно которому планеты, находящиеся ближе к Солнцу, должны состоять из легких элементов, а далекие — из тяжелых. Однако ничего подобного не наблюдается в действительности.

Чтобы исправить этот недостаток гипотезы, английский астроном Фред Хойл (р. 1915) предположил, что Солнце возникло в недрах газовой туманности. Благодаря своему быстрому вращению оно вовлекало в движение и газовую туманность, которая постепенно начала двигаться быстрее, чем Солнце, и становилась все более плоской, пока не превратилась в диск. Из этого вращающегося диска и возникли первые планеты.

Если в гипотезе Альвена и ее исправленном варианте Хойла возникшие планеты в ходе вращения достигали высокой температуры, то известный отечественный ученый Отто Юльевич Шмидт (1891 — 1956) исходил из противоположного допущения. Он предполагал, что протопланетная газовая туманность, окружавшая Солнце, первоначально находилась в холодном состоянии. Повышение температуры внутри планет происходило исключительно за счет расщепления радиоактивных веществ.

Дальнейшее формирование планет и геологические процессы в них происходили по-разному в планетах, расположенных ближе к Солнцу, которые относят к земной группе (Меркурий, Венера, Земля и Марс), и отдаленных (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон).

Сравнивая размеры, расстояния, рельеф, состав атмосферы и другие характеристики планет, можно выявить некоторое сходство и различие между ними. Прежде всего, существует явное различие между планетами земной группы и группы Юпитера, которые представляют собой планеты-гиганты. Первые из них расположены ближе к Солнцу, размеры и массы их хотя и отличаются, но не на очень большую величину, внутренний состав элементов и горных пород во многом тоже совпадает. Они не имеют более двух спутников. В отличие от них, планеты-гиганты находятся на больших расстояниях от Солнца, размеры и масса их значительно превосходят соответствующие величины планет земной группы, они имеют множество спутников, например, у Юпитера их 16, у Сатурна — 17. О рельефе, атмосфере и внутреннем строении этих планет астрономия располагает весьма скудными сведениями. В силу большой удаленности от Земли планеты этой группы еще плохо изучены, а наиболее удаленные из них — Нептун и Плутон — открыты довольно поздно. Поэтому если можно сделать какие-либо выводы о происхождении и эволюции нашей планеты, то следует в первую очередь искать аналогии и сходство с планетами земной группы.

По размерам, массе, рельефу поверхности и атмосфере Земля обнаруживает заметное сходство с Марсом и отчасти с Венерой. Размеры Земли почти совпадают с Марсом, на нем имеется разреженная атмосфера, в которой отсутствуют, однако, водяные пары и поэтому нет облаков, хотя ветер иногда поднимает в его атмосферу массу песка и образует песчаные бури. Недавние исследования американских ученых свидетельствуют, что в далеком прошлом на Марсе имелась вода и, следовательно, там могли существовать примитивные формы жизни.

Другая наша соседка Венера расположена ближе к Солнцу, по рельефу и составу горных пород она похожа на Землю, но ее атмосфера давно потеряла легкие газы, условия для возникновения на ней жизни крайне неблагоприятны, поскольку температура у поверхности планеты превышает 400°С, а давление достигает 100 атмосфер. Что касается Меркурия, то он и по размерам, и по рельефу сходен с Луной. На нем давно прекратилась всякая тектоническая деятельность, и по существу он представляет собой мертвую планету.

Несмотря на такие различия, изучение планет земной группы дает нам возможность анализировать характер геологических процессов, которые могли происходить на нашей планете и даже прогнозировать их дальнейшее развитие. Действительно, отсутствие вулканической и тектонической деятельности на Меркурии и Венере свидетельствует о том, что к настоящему времени они завершили цикл своей геологической истории и перешли в стадию своего разрушения, дезорганизации и упадка.

О наличии разных стадий в эволюции планет, существовании в ней процессов самоорганизации, преобладании их над процессами дезорганизации можно судить по активности тектонической деятельности. По этому признаку можно предполагать, на каком этапе находится та или иная планета, как осуществляется в ней обмен веществом и энергией между внутренними слоями и внешней поверхностью планеты и окружающими ее сферами. В отличие от планет своей группы, Земля все еще находится в стадии активной геологической деятельности, о чем свидетельствуют возобновляющиеся извержения вулканов, случаи землетрясений в разных местах, постепенное изменение рельефа на поверхности континентов и особенно океанического дна, континентальные дрейфы и т.п.

Исследуя все эти явления, ученые приходят к лучшему объяснению процессов, которые совершаются в глубинах Земли, и пониманию ее строения. По своей форме Земля представляет собой геоид, приближающийся геометрически к трехосному эллипсоиду, или сфероиду. Гравитационное поле Земли обусловливает ее сферическую форму, а также удерживает атмосферу. Предполагают, что Земля возникла около 4,7 млрд лет назад из первоначального газопылевого вещества, которое затем в результате действия сил тяготения, дифференциации и разогрева образовало несколько геосферных оболочек, различающихся по химическому составу, агрегатному состоянию и другим физическим свойствам. Обычно различают внутренние оболочки Земли, к которым относят ее ядро, мантию и земную кору, и внешние оболочки: литосферу, гидросферу и атмосферу. Все эти сферы непрерывно взаимодействуют между собой, о чем свидетельствует не только продолжающаяся тектоническая деятельность внутренних оболочек Земли, но и постоянное воздействие атмосферы и гидросферы, а также возникшей позднее биосферы на процессы, происходящие в земной коре.

Согласно современным научным представлениям, в центре Земли находится ядро, внутренняя часть которого представляет собой твердое тело, на 80% состоящее из железа и на 20% из никеля. Внешняя часть ядра находится в жидком состоянии и содержит железо и жидкую смесь железа и серы. Такое предположение основывается, во-первых, на результатах исследования глубинных структур Земли с помощью сейсмических волн; во-вторых, на отождествлении их состава и структур с составом метеоритов, которые образовались из того же протопланетного вещества, что и Земля; в-третьих, на изучении магнитного поля Земли в далеком прошлом посредством измерения остаточной намагниченности земных пород. Полагают, что на протяжении сотен миллионов лет происходило не только изменение напряженности магнитного поля Земли, но и смена ее полюсов. Последний такой случай произошел около 80 миллионов лет назад. Отсюда был сделан вывод, что изменения магнитного поля вызываются суточным вращением жидкой части земного ядра.

Температура внутреннего ядра составляет 4500 °С, а внешней его части — 3200 °С. Именно такая разница температур должна существовать между ними, чтобы внутреннее ядро Земли оставалось твердым, а внешнее — жидким. Выше ядра расположена большая по своим размерам сфера земной мантии, которая и по химическому составу, и по структуре резко отличается от ядра. Мантия состоит в основном из силикатов, являющихся соединениями кремния, в нижней ее части преобладают, по-видимому, хондриты, подобные каменным метеоритам. Верхняя часть мантии непосредственно связана с земной корой. В ней происходит образование пород, из которых складывается земная кора. Именно кора вместе с частью подстилающей ее мантии образуют литосферу. Ее размеры достигают около 100 км, и под ее давлением литосфера как бы плавает в самой верхней части мантии, которую называют астеносферой. Она, в свою очередь, опирается на более плотные и вязкие части мантии. В нижней части мантии преобладают силикаты, которые под возросшим давлением сверху приобретают особо прочную структуру

Особенности строения земной коры складываются не только под воздействием внутренних слоев Земли, но и под влиянием геологических факторов внешней среды. Известно, что в результате выветривания и сноса вещество на поверхности континентов полностью обновляется каждые 100 миллионов лет, а его убыль компенсируется за счет поднятия континентов. Благодаря жизнедеятельности бактерий, растений и животных в атмосфере каждые 7 лет полностью обновляется углекислота, а через 4000 лет — содержание кислорода.

Геологические свойства земной коры непрерывно и постепенно изменяются под совокупным воздействием трех внешних ее сфер: атмосферы, гидросферы и биосферы. Такие изменения происходят медленно, постепенно и непрерывно, но на определенной стадии они приводят к коренным переменам в облике Земли, прежде всего в земной коре и на ее поверхности. Не случайно поэтому представления о геологических катаклизмах, или катастрофах, сопровождавшихся гибелью всего живого на земной поверхности, уступили место эволюционным представлениям, которые впервые в ясном виде сформулировал еше до открытия эволюционной теории в биологии английский ученый Чарлз Лайель (1797-1875), на исследования которого ссылался сам Ч. Дарвин.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >