Планета Земля: эволюция, строение, динамика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по Концепции современного естествознания

На тему « Планета Земля: эволюция, строение, динамика»

 

 

 

 

 

 

Реферат подготовила 

 

 

 

 

 

 

 

Ъ

 

 

Оглавнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Введение

Земля́ — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Чаще всего упоминается как Мир, Голубая планета, иногда Терра (от лат. Terra). Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы, в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами. Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из Солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник — Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли  ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые постепенно мигрируют по поверхности за периоды во много миллионов лет. Приблизительно 70,8 % поверхности планеты занимает Мировой океан, остальную часть поверхности занимают континенты и острова. Жидкая вода, необходимая для всех известных жизненных форм, не существует на поверхности какой-либо из известных планет и планетоидов Солнечной системы, кроме Земли. Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, относительно твёрдого слоя называемого мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро (которое и является источником магнитного поля Земли) и внутреннее твёрдое железное ядро.Земля взаимодействует (притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней. Этот отрезок времени — сидерический год, который равен 365,26 солнечным суткам. Ось вращения Земли наклонена на 23,4° относительно её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год (365,24 солнечных суток).Луна — начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад, что стабилизировало осевой наклон планеты и является причиной приливов, которые замедляют вращение Земли. Некоторые теории полагают, что падения астероидов приводили к существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли, в частности, массовые вымирания различных видов живых существ.

 

II.Эволюция Земли

 Около 5 млрд. лет на расстоянии 150 млн. км от Солнца зародилась  наша планета. При падении на  нее астероидных тел вещество  нагревалось и дробилось. Первичное вещество сжималось под действием силы тяготения, принимало форму шара, недра которого разогревались. Земля в самом начале своего существования как планеты представляла собой холодное газопылевое облако. Постепенно за счет гравитационных сил и энергии распада радиоактивных веществ недра Земли стали разогреваться. Когда температура недр достигла уровня плавления окислов железа и других соединений, начались активные процессы формирования ядра и основных оболочек планеты. Тяжелые элементы, в основном металлы погружались вниз, а легкие по массе элементы поднимались вверх и образовывали земную кору. Происходили процессы перемешивания, шли химические реакции, более легкие силикатные породы выдавливались из глубины на поверхность и образовали земную кору, тяжелые -  оставались внутри планеты. Разогревание сопровождалось бурной вулканической деятельностью, при этом пары и газы вырывались наружу. Выделение газов из коры и вулканическая активность привели к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами, привела к образованию океанов. Существует ряд гипотез возникновения жизни на Земле. Около 3,6—4,1 млрд лет назад появился «последний универсальный общий предок» (англ. last universal common ancestor).Развитие фотосинтеза позволило живым организмам напрямую накапливать солнечную энергию. В результате в атмосфере стал накапливаться кислород, а в верхних слоях — формироваться озоновый слой. Слияние мелких клеток с более крупными привело к развитию сложных клеток —эукариотов. Настоящие многоклеточные организмы, состоящие из группы клеток, стали всё больше приспосабливаться к окружающим условиям. Благодаря поглощению губительного ультрафиолетового излучения озоновым слоем, жизнь смогла начать освоение поверхности Земли.

 Поскольку поверхность планеты постоянно изменялась в течение сотен миллионов лет, континенты появлялись и разрушались. Континенты перемещались по поверхности, порой собираясь в суперконтинент. Приблизительно 750 млн лет назад, самый ранний из известных суперконтинентов — Родиния, стал раскалываться на части. Позже континенты объединились в Паннотию (600—540 млн лет назад), затем в последний из суперконтинентов — Пангею, который распался 180 миллионов лет назад.

В 1960 году была выдвинута гипотеза Земли-снежка, утверждающая, что в период между 750 и 580 млн лет назад Земля была полностью покрыта льдом. Эта гипотеза объясняет кембрийский взрыв, когда резко ускорилось распространение многоклеточных форм жизни.

После кембрийского взрыва, около 535 млн лет назад, было пять массовых вымираний. Последнее массовое вымирание случилось 65 млн лет назад, когда, вероятно, падение метеорита привело к исчезновению динозавров (не птиц) и других крупных рептилий, но обошло мелких зверей, таких как млекопитающие, которые тогда напоминали землероек. В течение последних 65 миллионов лет, развилось огромное количество разнообразных видов млекопитающих, и несколько миллионов лет назад обезьяноподобные животные получили способность прямохождения. Это позволило использовать орудия и способствовало общению, которое помогало добывать пищу и стимулировало необходимость в большом мозге. Развитие земледелия, а затем цивилизации, в короткие сроки позволило людям воздействовать на Землю как никакая другая форма жизни влиять на природу и численность других видов.

Последний ледниковый период начался примерно 40 млн лет назад, его пик приходится на плейстоцен около 3 миллионов лет назад. На фоне продолжительных и значительных изменений средней температуры земной поверхности, что может быть связано с периодом обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики (около 200 млн лет), имеют место и меньшие по амплитуде и длительности циклы похолодания и потепления, происходящие каждые 40—100 тысяч лет, имеющие явно автоколебательный характер, возможно, вызванный действием обратных связей от реакции всей биосферы, как целого, стремящейся обеспечить стабилизацию климата Земли.Последний цикл оледенения в Северном полушарии закончился около 10 тысяч лет назад.

III.Строение Земли

Земля относится  к планетам земной группы, а значит она, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Это крупнейшая из четырёх планет земной группы в солнечной системе, как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля имеет наибольшую плотность, самую сильную поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле среди этих четырёх планет

Форма и размеры Земли.  

Земля имеет шарообразную форму. Ее диаметр  около 12 750 км. Поскольку человек видит лишь небольшую часть Земли, земная поверхность кажется ему плоским кругом, ограниченным линией, где небо как бы соприкасается с Землей. Недаром у многих народов наша планета отождествлялась с полоской поверхностью. Во времена древнегреческой цивилизации люди стали предполагать, что Земля это шар. Первые доказательства шарообразности принадлежат Аристотелю (4 век до нашей эры). Он наблюдал за лунными затмениями, во время которых тень от земли отражалась на поверхности Луны. Постепенно представления о Земле как о шаре стали основываться не на наблюдениях, а на математических расчетах. Древнегреческий математик, астроном и географ Эрастофен Киренский (около 276-194 гг. до н.э.) с удивительной точностью определил размеры земного шара. Сейчас мы знаем, что вдень летнего солнцестояния (21-22 июня), в полдень Солнце на Северном тропикенаходится в зените, т.е. его лучи отвесно падают на поверхность Земли. Эрастофену же было известно, что в этот день Солнце освещает дно даже самых глубоких колодцев в окрестностях Сиены (Сиена древнее название Асуана). В полдень он по тени от вертикального столба, установленного в Александрии, в 800 км от Сиены, измерил угол между столбом и лучами солнца (для измерения Эрастофен сделал прибор - скафис, полусферу со стержнем, отбрасывающим тень) и нашел его равным  7,2 ^о, что составляет 7,2/360 долю полной окружности, т.е. 800 км ли 5 000 греческих стадий (1 стадия примерно равнялась 160 км, что примерно равно современному 1 градусу и соответственно 111 км). Отсюда Эрастофен вывел, что длина экватора = 40 000 км (согласно современным данным длина экватора 40 075 км). Следующим этапом в развитии теории о шарообразности земли является эпоха Великих географических открытий. С этого периода не стало сомнений в шарообразности Земли и в это же время была изготовлена первая модель Земли - глобус. Его автором являлся немецкий ученый Мартин Бехайм (1492 г.). С открытием Ньютоном силы тяжести и силы притяжения было доказано что земля приплюснута с полюсов вследствие осевого движения и поэтому имеет фигуру не настоящего шара а фигуру эллипса или эллипсоида вращения. В 19 веке было установлено, что фигура Земли сложнее. Она отклоняется от правильной формы эллипсоида из-за неоднородности распределения масс. Фигура земли стала называться геоидом -подобный Земле. Геоид определяют как фигуру, поверхность которой совпадает с уровненной поверхностью Мирового океана или можно сказать, что это линия поверхности земли без водной оболочки. Следовательно, Земля является и шаром и эллипсом и геоидом.

Доказательства  шарообразности Земли.

1.     При восходе Солнца его лучи освящают сначала облака и другие высокие предметы, тот же процесс наблюдается и во время заката.

2.     На ровной открытой поверхности или на берегу моря, удаляющиеся от наблюдателя предметы постепенно скрываются за линией горизонта.

3.     При подъеме вверх увеличивается кругозор. На ровной поверхности человек видит вокруг себя на 4 км, на высоте 20 м уже 16 км, с высоты 100 м кругозор расширяется на 36 км. На высоте 327 км можно наблюдать пространство диаметром 4000 км.

4.     Все небесные тела нашей солнечной системы имеют шарообразную форму и Земля в этом случае не исключение.

5.     Фотоснимки Земли из космоса.    

Фигура и  размеры Земли имеют большое  географическое значение. Шарообразная фигура Земли обусловливает уменьшение угла падения солнечных лучей  на земную поверхность от экватора к полюсам и образование нескольких тепловых поясов. Тепловые пояса, в  свою очередь, наряду с другими факторами (величиной и массой Земли, определенного  расстояния от Солнца) обуславливают  закономерное изменение многих природных  процессов и компонентов географической оболочки по направлению от экватора к полюсам, т.е. широтную зональность. Размеры и масса Земли предопределяют такую силу земного притяжения, которая удерживает атмосферу и гидросферу, без которых невозможно существование жизни.

 

Внутреннее  строение Земли. 

Из недр Земли постоянно выделяется тепловой поток, а так тепло может  передаваться только от более горячего вещества к более холодному, то температура  внутри планеты должна быть выше, чем  на ее поверхности. Глубинное бурение  показало что, температура с глубиной увеличивается на 20 градусов на каждый километр и меняется от места к  месту. Внутреннее строение Земли. Установить внутреннее строение Земли удалось  сейсмическим методом. Суть его заключается  в том, что при взрыве колебания  в Земле идут с разной скоростью, в зависимости от состава пород  и плотности вещества. В результате было установлены внутренние оболочки нашей планеты: земная кора, мантия, ядро. Верхняя оболочка Земли или  земная кора - самая неоднородная и  сложно устроенная. Под материками она состоит из трех слоев магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Магматические горные породы образуются при извержении магмы из глубинных зон Земли  при ее затвердении. Если мама внедряется в земную кору и медленно застывает, в условиях высокого давления на глубине образуются интрузивные горные породы (граниты), при излиянии магмы на поверхность образуются  эффузивные горные породы (базальт, вулканический туф).

Осадочные горные породы образуются непосредственно на земной поверхности разными путями: либо за счет жизнедеятельности организмов (известняк, мел, каменный уголь), либо при разрушении и последующем отложении горных пород - обломочные породы (глина, песок, суглинки), либо за счет химических реакций (бокситы, фосфориты, соли разных металлов).

Метаморфические горные породы возникают в результате изменения (метаморфизма) различных горных пород, оказавшихся на глубине под влиянием высоких температур и давления (мрамор, кристаллические сланцы).

  Мощность земной коры под материками  составляет от 20 до 80 км. Под океанами осадочный слой имеет толщину всего 500 метров, гранитный слой под океанами отсутствует практически повсеместно, а базальтовый слой имеет мощность около 5 км. Между земной корой и мантией располагается промежуточный слой, который называется граница Мохоровичича, в честь сербского физика Мохоровичича, (открывшего его в 1909 году). Толщина земной коры (внешней оболочки) изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая на ее долю приходится всего около 0,5 % общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа, щелочных металлов. В составе континентальной коры, где под осадочным слоем содержится верхний (гранитный) и нижний (базальтовый) встречаются небольшие древние породы Земли, возраст которых, оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же земная кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по возрасту к базальтам. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 млн. лет. От нижележащей мантии земную кору отделяет во многом еще загадочный слой Мохо в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

Следующий слой мантия. Мантия - это  тоже оболочка Земли, в которой вещество, ее составляющее находится в пластическом состоянии (как густая паста). Она  простирается от земной коры до глубины 2900 км. Мантия состоит также из трех слоев. Два верхних слоя образуют верхнюю мантию (850-900 км), нижний слой - 2000 км. На долю мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой (от греческого - <литос>- камень) или твердой оболочкой Земли. Она разбита глубинными разломами на крупные блоки, называемые литосферными плитами. Эти плиты то расходятся, то сходятся, как бы плавая, по поверхности мантии и это явление получило название дрейфа тектонических плит. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой менее вязкий и более пластичный  по отношению к выше и ниже лежащим слоям, и называется астеносферой. Считается что, вещество мантии находится в непрерывном движении и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.