Строение и эволюция Земли

Земля – третья планета, удаленная от Солнца примерно на 150 млн. км. Средняя скорость вращения Земли вокруг Солнца 30 – 35 км/с. Поскольку орбита Земли эллипсоидная, скорость движения нашей планеты вокруг Солнца меняется. В январе, когда Земля подходит к Солнцу ближе всего, скорость движения планеты становится максимальной. Радиус Земли 6,3 тыс. км, масса 6 ²¹ т, плотность 5,5 г/см³. В естественном виде на Земле встречается около 90 химических элементов. В атмосфере Земли, вес которой 5300000 млрд. т, преобладает азот и кислород. Возраст Земли, определенный методами радиоактивного датирования, в настоящее время оценивается в 4,6 млрд. лет*.

Земля состоит из земной коры, мантии и ядра. Земная кора образована осадочными породами и имеет толщину от 10 км (океаническая кора) до 30-40 км (континентальная кора). Мантия составляет 83% объема Земли, она образована силикатами, ее температура – 2000 – 2500 ºС. Земная кора и мантия образуют твердую оболочку Земли. Верхний слой мантии – астеносфера, отличающийся пониженной твердостью и вязкостью, обеспечивает горизонтальное перемещение литосферных плит. Радиус ядра 3,5 тыс. км. Оно состоит из внешней жидкой оболочки (содержащей 52% железа и 48% смеси железа и серы) и внутреннего твердого субъядра (содержит 80% железа и 20% никеля). Температура в центре ядра – примерно 5000 ºС. В результате циркуляции потоков расплавленных металлов во внешней оболочке ядра возникает магнитное поле Земли. Магнитные полюса на Земле меняются с периодичностью несколько раз в миллион лет. В результате этих геомагнитных инверсий «щит» из электромагнитных полей, защищающий биосферу, ослабевает до такой степени, что космическая радиация усиливается на 60%. Это намного увеличивает частоту мутаций, приводит к исчезновению одних видов и появлению других.*

В XIX в. в геологии сформировались две концепции развития Земли: «принцип скачка» («теория катастроф» Жоржа Кювье) и принцип униформизма Чарльза Лайеля – небольшие по­стоянные изменения в одном и том же направлении на протяжении миллионов лет, суммируясь, приводят к огромным ре­зультатам.

В соответствии с современными взглядами сначала Земля была холодной. Атомы радио­активных элементов внутри Земли, распадаясь, выделяли тепло и недра разогре­вались. Это повлекло за собой выделение газов и водяных паров, которые, выходя на поверхность, положили начало воздушной оболочке и океанам. На протяжении геологической истории Земли континенты неоднократно соединялись в единый континент, который вновь раскалывался. Суперконтинентальный цикл имеет период примерно 500 млн. лет.

Впервые на вероятность дрейфа континентов в 1915 г. обратил внимание немецкий геофизик А. Вегенер (1880-1930). Исходя из очертаний континентов он предположил, что в палеозое – начале мезозоя (350 млн. лет тому назад) существовал единый мас­сив суши, объединявший все современные материки. Этот суперконтинент он назвал Пангеей (от. греч. «вся земля»). Пангею окружал единый океан Тетис. С середины палеозойской эры Пангея начал рас­клываться на два континента – Лавразию (материк северного полушария) и Гондвану (материк южного полушария). На протяжении мезозоя Гондвана раскололась на Южную Америку, Африку, Азию (Аравию и Индостан), Австралию и Антарктиду. В середине мезозоя Лавразия распалась на две части: Северо-Американскую и Евроазиатскую. Между этими материками образовался Атлантический океан. Около 2 млн. лет назад между Северной и Южной Америкой выросла цепь вулканов, образовавших группу «промежуточных» островов, а затем и настоящий сухопутный мост, соединивший оба материка. 40 млн. лет назад (четвертичный период кайнозойской эры) Индийский материк столк­нулся с Азией и появились Тибет и Гималаи.

Решающим аргументом в пользу концепции дрейфа континентов стало эм­пирическое обнаружение в конце 50-х годов ХХ в. расширения дна океа­нов, что послужило отправной точкой создания теории тектоники литосферных плит. В настоящее время считается, что дрейф континентов со скоростью 0,01 – 0,1 мм в год происходит под влиянием глубинных конвективных течений в астеносфере Земли, направ­ленных вверх и в стороны и тянущих за собой плиты толщиной 75 – 150 км, на которых плавают континенты. Теория дрейфа континентов, основанная на тектонике литосферных плит, ныне общепринята в геологии. Эту теорию подтверждают и биологические данные о распространении животных на нашей планете.

Кроме тектонических процессов на внешний облик Земли существенно влияние оказывают климатические изменения. Одной из основных причин резкого изменения климата считают небольшие изменения солнечной активности и наклона земной оси. Климатологи установили, что климат периодически (примерно раз в 100 тыс. лет) существенно менялся на всей планете. В плейстоценовый период кайнозойской эры (3 млн. – 20 тыс. лет назад) оледенения чередовались с периодами потепления*. В периоды оледенений до 30% суши занимали ледники. 250 тыс. лет назад материковые льды на Восточно-европейской равнине достигали широт Волгограда. Огромные территории, лежащие за пределами ледников, превращались в заболоченные тундры. На протяжении плейстоцена от ледников были свободны в старом свете лишь Африка и юг Азии. Оледенения приводили к изменениям уровня мирового океана. В ледниковые периоды этот уровень понижался по сравнению с современным на 120 м, обнажая материковые отмели континентов и образуя сухопутные мосты между Азией и Америкой, Европой и Британскими островами. Таким образом, создавались предпосылки для расселения по Земле видов растений, животных и человека.

В настоящее время на эволюцию климата большое влияние оказывает человеческая деятельность. Сжигание ископаемого топлива приводит к накоплению в атмосфере углекислого газа, приводящего к парниковому эффекту и повышению температуры на поверхности Земли.