Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Июня 2013 в 11:28, реферат
Литосфе́ра (от греч. λίθος — камень и σφαίρα — шар, сфера) — твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.
Блоки литосферы — литосферные плиты — двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений посвящен раздел геологии о тектонике плит.
1)Введение
2)Тектоника (ученые минерологи, геологи, химики).
3)Приборы для геотектоники (изучение плит).
4)Заключение (Будущее Земли).
Образование суперконтинента изолирует мантию. Поток тепла будет сконцентрирован, приводя к вулканизму и заполнению больших площадей базальтом. Далее будут формироваться трещины, и суперконтинент разделится ещё раз[39]. Затем планета может испытать период потепления, как это произошло во время мелового периода[38].
[править] Эволюция Солнца
См. также: Звёздная эволюция и Формирование и эволюция Солнечной системы
Энергия, генерируемая Солнцем, основана на термоядерном синтезе водорода в гелий. Эта реакция проходит в ядре звезды посредством протон-протонного цикла. Поскольку в ядре Солнца нет конвекции, процесс синтеза приводит к устойчивому накоплению гелия. Температура в ядре Солнца является слишком низкой для ядерного синтеза атомов гелия в тройной гелиевой реакции, так что эти атомы не способствуют чистой генерации энергии, которая необходима для поддержания гидростатического равновесия Солнца[40].
В настоящее время почти половина запаса водорода в ядре израсходована, а остальная часть состоит преимущественно из гелия. Для компенсации неуклонно снижающегося числа атомов водорода на единицу массы, температура ядра Солнца постепенно увеличивается посредством повышения давления. Это стало причиной того, что остальной водород подвергается синтезу более быстрыми темпами, тем самым производя энергию, необходимую для поддержания равновесия. Результатом становится постоянное увеличение выхода энергии Солнца. Это увеличение может быть аппроксимировано формулой:
,
где t — период времени, меньший или равный настоящему времени ts, L(t) — светимость в момент времени t, Ls — текущая светимость Солнца[40].
Когда Солнце впервые вышло на главную последовательность, оно излучало только 70 % от текущей светимости, которая затем увеличивалась почти линейно на 1 % каждые 110 миллионов лет[41]. Таким образом, через 3 миллиарда лет светимость Солнца, как предполагается, будет на 33 % больше. Водородное топливо в ядре будет в итоге исчерпано через 4,8 миллиарда лет, когда светимость Солнца будет на 67 % больше чем сейчас. После этого Солнце продолжит сжигать водород в оболочке, окружающей её ядро, пока увеличение яркости не достигнет 121 % от текущего значения. Это ознаменует конец существования Солнца на главной последовательности, и после этого оно начнёт эволюционировать в красный гигант[1].
[править] Воздействие на климат
По мере того как будет возрастать глобальная температура Земли вследствие роста светимости Солнца, будет также возрастать скорость выветривания силикатных минералов. Это, в свою очередь, приведёт к снижению уровня углекислого газа в атмосфере. В течение следующих 600 миллионов лет концентрация CO2 упадёт ниже критического порога (около 50 частей на миллион), необходимого для поддержания C3-фотосинтеза. На тот момент, деревья и леса в их нынешней форме не смогут существовать[42]. Однако, C4-фотосинтез может продолжаться при гораздо более низких концентрациях, вплоть до 10 частей на миллион. Таким образом, растения, использующие C4-фотосинтез смогут существовать по меньшей мере в течение 0,8 миллиарда лет, а возможно и 1,2 миллиарда лет, после чего рост температуры сделает биосферу нежизнеспособной[43][44][45]. В настоящее время, C4-растения составляют около 5 % растительной биомассы Земли и 1 % от известных видов растений[46]. Например, около 50 % всех видов трав (злаки) используют C4-фотосинтетические реакции[47], так же как и многие виды амарантовых[48].
Когда уровень углекислого газа упадёт до предела, при котором фотосинтез едва устойчив, доля диоксида углерода в атмосфере снова начнёт возрастать вследствие тектонической деятельности и жизни животных. Это позволит растительности вновь развиваться. Однако долгосрочная перспектива для растительной жизни на Земле — это полное вымирание, поскольку большая часть оставшегося в атмосфере углерода окажется связанным в Земле[49]. Некоторые микроорганизмы способны к фотосинтезу при концентрации CO2 в несколько частей на миллион, поэтому эти формы жизни, вероятно, исчезнут только из-за повышения температуры и потери биосферы[43].
В своей работе «Жизнь и смерть планеты Земля», авторы Питер Д. Уорд и Доналд Браунли утверждают, что некоторые формы животной жизни могут продолжить существование даже после того как большая часть растительной жизни на Земле исчезнет. Первоначально, некоторые насекомые, ящерицы, птицы и мелкие млекопитающие могут продолжить существование вместе с морской жизнью. Однако они считают, что без кислорода, пополняемого растительной жизнью, животные, вероятно, вымрут от удушья в течение нескольких миллионов лет. Даже если в атмосфере останется достаточное количество кислорода вследствие живучести той или иной формы фотосинтеза, устойчивый рост глобальной температуры может привести к постепенной утрате биоразнообразия. Большая часть поверхности станет бесплодной пустыней, и жизнь в первую очередь должна остаться в океане[49].
[править] Эпоха без океана
Как только солнечная светимость станет на 10 % выше текущего значения, средняя глобальная температура поверхности достигнет 320 К (47 °С). Атмосфера станет «влажной парниковой» и приведёт к безудержному испарению океанов[50][51]. Модели будущего Земли показывают, что в тот момент стратосфера будет содержать повышенный уровень воды. Молекулы воды будут разрушаться солнечным ультрафиолетовым излучением посредством фотодиссоциации, что позволит водороду покидать атмосферу. Конечным результатом будет исчезновение морской воды по всей Земле через 1,1 миллиарда лет[52][53].
Атмосфера Венеры находится в состоянии «суперпарник»
В эту безокеанскую эру на поверхности по-прежнему будут водные бассейны, поскольку вода непрерывно будет высвобождаться из глубокой коры и мантии[29]. Некоторые запасы воды могут быть сохранены на полюсах и даже могут случаться редкие ливни, но большая часть планеты будет сухой пустыней. Тем не менее, даже в этих засушливых условиях планета может сохранить некоторую микробную и, возможно, даже многоклеточную жизнь[51]. Что произойдёт дальше зависит от уровня тектонической активности. Устойчивый выход двуокиси углерода из-за извержений вулканов в конечном счёте может привести к переходу атмосферы в состояние «суперпарник», как сейчас на Венере. Но без поверхностных вод, тектоника плит, вероятно, остановится и большинство карбонатов будет оставаться в земле[2].
Потеря океанов может быть отсрочена на 2 миллиарда лет, если уменьшится общее атмосферное давление. Более низкое атмосферное давление уменьшило бы парниковый эффект, тем самым понизив поверхностную температуру. Это может произойти, если природные процессы удалят азот из атмосферы. Исследования органических отложений показали, что по меньшей мере 100 кПа (1 бар) азота было удалено из атмосферы за последние четыре миллиарда лет. Если его выпустить обратно, то это фактически удвоит текущее атмосферное давление. Такая скорость изъятия была бы достаточной для борьбы с последствиями увеличения светимости Солнца в течение следующих двух миллиардов лет. Однако, помимо этого, в нижних слоях атмосферы количество воды вырастет до 40 % и начнётся влажный парниковый эффект[54].
Если парниковый эффект не произойдёт ранее, то в конечном счёте это явление будет иметь место через 3—4 миллиарда лет, когда светимость Солнца станет на 35—40 % больше, чем его текущее значение. Атмосфера нагреется и поверхностная температура поднимется настолько, что сможет расплавить горные породы[53][51]. Однако большая часть атмосферы будет сохранена, пока Солнце не вступит в стадию красного гиганта[55].
[править] Стадия красного гиганта
Текущий размер Солнца по сравнению с предполагаемым размером в фазе красного гиганта
Как только Солнце вместо сжигания в ядре водорода перейдёт к сжиганию водорода вокруг оболочки, ядро начнёт сжиматься, а внешняя оболочка начнёт расширяться. Полная светимость будет неуклонно возрастать в течение следующих миллиардов лет, пока не увеличится в 2 730 раз от текущей светимости в возрасте 12,167 миллиардов лет. Во время этой фазы Солнце будет терять массу, причем около 33 % от его общей массы потеряет посредством солнечного ветра. Потеря массы будет означать, что орбиты планет будут расширяться. Орбитальное расстояние Земли увеличится более чем на 150 % от его текущего значения[41].
Самая быстрая часть расширения Солнца в красный гигант произойдёт на заключительном этапе, когда Солнцу будет приблизительно 12 миллиардов лет. Вполне вероятно, что расширившись, Солнце поглотит Меркурий и Венеру, достигнув максимального радиуса 1,2 астрономические единицы[41].
К тому времени, когда Солнце начнёт расширяться в виде красного гиганта, орбита Луны увеличится на несколько дней вследствие приливной силы на Земле. Выбросы из солнечной атмосферы могут привести орбиту Луны к распаду. Как только орбита Луны приблизится на расстояние 18 470 км, она пересечёт предел Роша Земли, и приливное взаимодействие с Землёй разорвёт Луну, превратив её в кольцевую систему. Затем большая часть колец начнёт разрушаться, и остатки будут сталкиваться с Землёй. Поэтому, даже если Земля не будет поглощена Солнцем, она скорее всего останется без Луны[56].
ГЕОТЕКТОНИКА — наука о строении Земли в связи с ее общим направленным развитием. Г. изучает структуры верхней оболочки Земли (земной коры и верхней мантии), их движения и развитие во времени и пространстве. Г. разработаны методы исследования (структурный, формационный, анализа перерывов и несогласий, фаций и мощн., измерения объемов осадков и вулканитов, сравнительной тектоники, палеотект.), а также широко используются методы исследования смежных наук (геофиз., геодезические, геоморфологические и др.). Вспомогательную роль играют экспериментальные методы тект. исследований. С Г. тесно связана тектонофизика, изучающая физ. условия формирования складок, разрывов, землетрясений. Задача Г. заключается в установлении последовательности, времени и условий формирования структур; она также дает основу для исследований в др. обл. геологии: стратиграфии, петрологии, гидрогеологии и др.; знание ее необходимо при поисках, разведке, эксплуатации полезных ископаемых и инженерно-геол. изысканиях. Истоки Г. распознаются в сочинениях XVII в. (Стено, Декарт, Лейбниц). Выдающееся значение имели труды Ломоносова, Вернера, Геттона, Буха, де Бомона и др. Однако только в XIX в. благодаря успехам стратиграфии и геологии полезных ископаемых были заложены основы Г. как совр. науки о развитии структурных форм. Холл и Дэна развивали представления о подвижных обл. земной коры — геосинклиналях. В конце этого столетия Карпинский проследил эволюцию тект. движений Восточно-Европейской платформы. На стыке XIX и XX вв. вышло в свет обобщение Зюсса по строению континентов, а затем крупные тект. сводки Аргана, Штилле, Кобера, Тетяева, Обручева, Усова, Белоусова и др. Большое значение имело издание в 1933 г. мелкомасштабных схем тектоники СССР; Архангельского и Шатского, Наливкина и Тетяева. В эти же годы начали использоваться при тект. исследованиях геофиз. данные. Широкие региональные исследования на континентах, а затем в переходной зоне от континентов к океану и в океанах, вывели Г. на новые рубежи. Сейсмологические методы, глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ) и др. открыли возможность изучения разреза земной коры на глубину и в латеральном направлении. Была выявлена ее горизонтальная и вертикальная неоднородность. Широкое распространение получила теория глубинных разломов и глыбового строения тектоносферы (корово-мантийные блоки). Появились новые аспекты в учении о геосинклиналях (стадийность их развития, типизация) и платформах. Последние стали рассматриваться как более сложные и менее устойчивые структуры. Большое внимание стали обращать на обл. (горообразования, глыбовые, сводовые и др.), испытывающие после длительного платформенного состояния тект. активизацию. Специальные исследования были поставлены в обл. развития островных дуг и связанных с ними структур — глубоководных котловин и глубоководных океанских желобов. Выявились грандиозные по протяженности (свыше 60 000 км2) срединные поднятия в океанах с рифтовыми системами, представляющие мощные вздутия коры. Наличие существенных горизонтальных неоднородностей в коре и мантии показало связь поверхностных тект. структур с глубинными процессами. Успехам Г. содействовало составление тект. карт СССР, Европы, Евразии, С. Америки, Канады, Африки и др., имеющих как теоретическое значение для уточнения понятий об основных структурных элементах земной коры и структурных комплексах, так и практическое применение, поскольку эти карты являются основой прогнозных металлогенических карт, карт перспектив нефтегазоносности и др. Роль Г. существенно возрастает в связи с усилением поисков м-ний, не выходящих на поверхность Земли. Совр. Г. включает ряд самостоятельных разделов: структурную геологию, региональную Г., теоретическую Г., экспериментальную Г., новейшую Г. (неотектонику), прикладную Г. См. Тектоника . Б. П. Бархатов, Л. И. Красный .
Текто́ника плит — современная геологическая теория о движении литосферы, согласно которой земная кора состоит из относительно целостных блоков — плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга (англ. seafloor spreading — растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория тектоники плит объясняет возникновение землетрясений, вулканическую деятельность и процессы горообразования, по большей части приуроченные к границам плит.
Впервые идея о движении блоков коры была высказана в теории дрейфа континентов, предложенной Альфредом Вегенером в 1920-х годах. Эта теория была первоначально отвергнута. Возрождение идеи о движениях в твёрдой оболочке Земли («мобилизм») произошло в 1960-х годах, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). Объединение этих представлений со старой теорией дрейфа материков породило современную теорию тектоники плит, которая вскоре стала общепринятой концепцией в науках о Земле.
В теории тектоники плит ключевое положение занимает понятие геодинамической обстановки — характерной геологической структуры с определённым соотношением плит. В одной и той же геодинамической обстановке происходят однотипные тектонические, магматические, сейсмические и геохимические процесс
За прошедшие десятилетия тектоника плит значительно изменила свои основные положения. Ныне их можно сформулировать следующим образом: