 |
Геологическая эволюция. Структурные уровни материи в рамках геосфер Земли
|
|
|
|
Так как во фрактальной структуре «стрел времени» мы опираемся на антропный принцип, то в геохронологической шкале («стреле») времени оправдано рассмотреть пересечение геологической и биологической стрел времени. При этом мы в структурном плане ограничимся только эонами и эрами.
Геохронологическая шкала – геологическая временная шкала истории Земли, применяемая в геологии и палеонтологии, своеобразный календарь для промежутков времени в сотни тысяч и миллионы лет. Фактически эта стрела включает макромир в общую структуру фрактальных стрел времени. Согласно современным общепринятым представлениям возраст Земли оценивается в 4,5-4,6 млрд. лет. На поверхности Земли не обнаружены горные породы или минералы, которые могли бы быть свидетелями образования планеты. Максимальный возраст Земли ограничивается возрастом самых ранних твердых образований в Солнечной системе – тугоплавких включений, богатых кальцием и алюминием. Возраст CaAl из метеорита Allende по результатам современных исследований U-Pb изотопным методом составляет 4,568±0,0005 млрд. лет. На сегодня это лучшая оценка возраста Солнечной системы. Время формирования Земли как планеты может быть позже этой даты на миллионы и даже многие десятки миллионов лет.
Последующее время в истории Земли было разделено на различные временные интервалы по важнейшим событиям, которые тогда происходили. Время существования Земли разделено на два главных интервала (эона): Фанерозой и Докембрий (Криптозой) по появлению в осадочных породах ископаемых остатков. Мы будем продолжать использовать космическое время, наряду со временем от сегодняшнего момента, поэтому эоны поменяем местами, т.е. хронологию начнем от Криптозоя (см. схему 53).
|
|
|
Схема 53. Геохронологическая стрела (шкала) времени.
| Этапы (эоны, эры, периоды, эпохи) | Характерные процессы | ||
| Название | Косм. время | Время от сегодняшнего момента | |
| v Образование планет. Протопланетный этап развития Земли | 9,1 млрд. лет | 4,6 млрд. лет | Образование Земли и всех планет из сконденсировавшейся космической пыли. Скорей всего, частицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из силикатов, в состав которых входит кремний. Каждая частица была окружена льдом. Кроме пыли везде присутствовал газ. Газы могли конденсироваться, образуя различные летучие соединения, в которых присутствует основный элемент живых организмов - углерод. Атмосфера Земли, возможно, как и других планет содержала метан, аммиак, водяной пар и водород. Происходило затвердевание планет и интенсивное образование кратеров на планетах. |
| v Криптозой-ский эон Археозойская эра | 9,7 млрд. лет | 4 млрд. лет | Первое великое горообразование. Значительная вулканическая деятельность, способствующая физико-химическим эволюционным процессам. Образование самых старых земных пород. Зарождение микроорганизмов. |
| v Протерозойская эра | 11,2 млрд. лет | 2,5 млрд. лет | Второе великое горообразование. Интенсивный процесс осадкообразования. Поздняя вулканическая деятельность. Эрозия на обширных площадях. Многократные оледенения. Возникновение атмосферы, богатой кислородом. Появляются примитивные водоросли, грибы. Считается, что появляются различные морские простейшие. |
| v Фанерозой-ский эон Палезойская эра. | 13,16 млрд. лет | 542,0±1,0 млн. лет | Герцинское газообразование. Наблюдаются сложные геологические процессы с поднятием, а иногда с погружением суши и с изменением размеров и глубины внутриконтинентальных морей, а также климата. Наблюдаются более редкие, чем при протерозое, оледенения. Зарождение макроскопических форм жизни. Самые ранние окаменелости. Первые растения на суше. Рыбы. Папоротники. Первые земноводные. В конце эры развиваются звероподобные пресмыкающиеся и земноводные. |
| v Мезозой-ская эра | 13,45 млрд. лет | 251,0±0,4 млн. лет | Альпийское горообразование. Мощное горообразование:Анды, Альпы, Гималаи, Скалистые горы. Вымирание папоротников. Образование хвойных, а затем дубовых и кленовых лесов. Динозавры появляются, достигают наивысшего расцвета и вымирают. Зубчатые птицы вымирают. Появляются первые современные птицы. |
| v Кайнозой-ская эра | 13,63 млрд. лет | 65,5±0,3 млн. лет | Продолжаются сложные геологические процессы, в том числе дрейф материков, повторные оледенения, горообразование и вулканическая деятельность (в основном на американском континенте). Растительность проходит через сложные эволюционные процессы от максимального распространения лесов до упадка древесных форм и расцвета травянистых. Этап мощной эволюции живого мира от начала развития антропоидов (предшественников большинства ныне живущих родов млекопитающих) до эпохи человека |
| v Четвертич-ный(антропоген-ный) период | 13,61 млрд. лет | 11,7 тыс лет | В эпоху Плейстоцена происходит общее похолодание климата Земли, периодическое возникновение в средних широтах материковых оледенений. В эпоху Голоцена возникает конец последнего ледникового периода. Климат теплый. Упадок древесных форм, расцвет травянистых. Современная геологическая эпоха, начало которой совпадает с окончанием последнего материкового оледенения Северной Европы. Эпоха человека. |
|
|
|
С геохронологической стрелой времени взаимосвязаны сформировавшиеся в XIX веке концепции развития Земли: «теория катастроф» и адаптационная «эволюционная теория». В «теории катастроф» или в бифуркационной эволюционной теории Ж. Кювье предположил, что развитие осуществляется посредством скачков (бифуркаций), катастроф. Ч. Лаель предположил, что развитие осуществляется путём небольших изменений, происходящих в одном и том же направлении. Суммируясь, эти изменения приводят к значительным результатам.
На самом деле, в геохронологической истории Земли использовались и используются обе концепции развития с определенным пересечением в концепции «стрел времени». В результате оформились концепции движения материков (первая и вторая гипотезы мобилизма), т.е. разделения и слияния материков, концепции эволюции океана и атмосферы, концепции гляционизма (ледниковой теории). Мы их в очень краткой форме отразили в геохронологической шкале времени.
|
|
|
Рассмотрим фрагментарно структуру земной материи на основе совокупности оболочек (геосфер), в которых протекают процессы планетарного масштаба (см. схему 54). Фактически, все оболочки (геосферы) играют важную роль в геологической эволюции Земли.
Однако, человек в рамках физической географии часто рассматривает нашу планету «снаружи», задавая при этом основные структурные элементы географической оболочки – части света: Азия (44,4 млн. км2), Америка (42,1млн. км2), Африка (29,9 млн. км2), Антарктида (13,9млн. км2), Европа (10,2млн. км2), Австралия и Океания (8,9 млн. км2); материки: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Австралия и Антарктида; океаны: Тихий (178,68 млн. км2), Атлантический (91,66млн. км2), Индийский (76,17 млн. км2), Северный Ледовитый (14,75млн. км2). В основные структурные элементы географической оболочки включаются озёра, речные бассейны, болота, горные массивы, равнины, леса, пустыни, тундры и т.д., причём здесь очень сложно выделить наименьшую единицу структуры. В этой оболочке происходят изменения климата, рельефа, ландшафтов, круговорот веществ и т.д., причём в эти процессы всё активнее вмешивается человек. Выделяют догеологический, добиогенный, биогенный и антропный этапы её развития. Подобную иерархическую схему можно построить и для экзогенных и эндогенных геологических факторов взаимодействия человека с планетой Земля. Практическая геология рассматривает природные земные тела (горные породы и массивы, континенты и пр.), их строение и состав, расположения в земной коре; геологические процессы (тектоника и вулканическая деятельность и т. д.), их причины и закономерности. Основные элементы геологической оболочки, изучаемые этой наукой: горные породы и составляющие их минералы (магматические – граниты, базальты, кварц и пр., осадочные – пески, известняки, глины, минеральные соли и пр., метаморфические или изменённые осадочные - мрамор, гранит, графит и прочие породы органического происхождения – уголь, нефть, янтарь и пр.), единственного наименьшего элемента тоже нет.
|
|
|
При рассмотрении геодинамических процессов различают эндогенные, обусловленные влиянием внутренних процессов на эволюцию геологических структур Земли, и экзогенные, обусловленные влиянием внешних процессов. К эндогенным геодинамическим процессам можно отнести концепции движения материков от идеи существования единого материка – Пангеи до его раскола на ряд материков, а также идеи новой глобальной тектоники, согласной которой литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются по астеносфере (слое пониженной вязкости в верхней мантии Земли), концепцию эволюции океана и атмосферы, согласно которой океан и первичная атмосфера образовались через вулканические жерла, как продукт дегазации вулканических лав, а также ряд современных природных катастроф в виде извержения вулканов и
Схема 54. Структурные уровни материи в модели геосфер Земли.
 |
| Атмосфера-газовая оболочка (0,00009% общей массы Земли) | Гидросфера- Водная оболочка (0,024% общей массы Земли. Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и др., пресных вод - около 2%.) | Педосфера, лито- сфера и баросфера Земли (99,975% общей массы Земли) | ||
| Тропосфера (содержит 80% воздуха и почти весь водяной пар (до 10- 18 км)) | Мировой океан (площадь 361300 тыс.км2, 96,53% всех запасов воды) | Педосфера (почвенный слой- мощность (толщина)- около 80- 150см) | ||
| Тропопауза(переходной слой толщиной до 2- 3 км) | Ледники и снега(площадь 16227 тыс.км2, 1,74% всех запасов воды) | Земная кора(средняя мощность(толщина)- около 33км, преобладают О(49,11%),Si(7,4%), Al(7,4%), Fe(4,29%), Ca(3,3%), Na(2,4%), K(2,4%), Mg(2,4%) | Литосфера | |
| Стратосфера (до 45- 55 км, температура в нижнем слое -40/- 800 С, в верхнем -00 С) | Подземные воды (площадь 134800 тыс.км2, 1,69% всех запасов воды) | Наружная часть мантии(30 -100км) | ||
| Стратопауза(пограничный слой) | Подземные льды(площадь 21000 тыс.км2, 0,023% всех запасов воды) | Промежуточная часть мантии(астеносфера) | Баросфера | |
| Ионосфера(от 50- 80 км до нескольких тысяч км) | Мезосфера(до 80-85 км, температура в нижнем слое -00С, в верхнем до -900С) | Озера(площадь 2058 тыс. км2, 0,014% всех запасов воды) | Нижняя часть мантиидо 2900 км (в мантии преобладают O,Si,Fe, Mg,Ni температура – 2000-25000С) | |
| Термосфера(до 300-560 км, в термосфере происходит рост температуры до 15000С) | Почвенная влага и пары атмосферы(0,002% всех запасов воды) | Внешнее ядро(2900-5000 км) | ||
| Термопауза (промежуточный слой) | Болота(площадь 2682 тыс. км2, 0,0007% всех запасов воды) | Переходная зона(5000-5100 км) | ||
| Экзосфера (верхний наиболее разреженный слой атмосферы, температура достигает 30000С) | Речные воды (площадь 148800 тыс. км2, 0,0002% всех запасов воды) | Внутреннее ядро (5100-6371 км; состав: Fe(80%),Ni(20%),температура -4500-60000С) |
|
|
|
землетрясений. К экзогенным геодинамическим процессам можно отнести циклоны, штормы, наводнения, грозы, туман, лавины, оползни, а также катастрофы, имеющие явный антропный характер: загрязнение окружающей среды, парниковый эффект, кислотные дожди, смог, деградацию почвенного и растительного покрова, радиоактивное загрязнение окружающей среды, озоновые дыры.
Все эти процессы взаимосвязаны с природными катастрофами и гибелью людей, что лишний раз подчёркивает роль наук о Земле в интеллектуальной культуре общества и рационально действующей личности.
|
|
|
