Основы геологической эволюции Земли

Кайнозой весьма богат горючими и металлическими полезными ископаемыми, особенно бурыми углями и нефтью (Кавказ, Средняя  Азия, Сахалин, Иран, Ирак), железными  и марганцевыми рудами и алмазами (до 95% запасов зарубежных стран). 

Кайнозойская  эра стала "веком млекопитающих".

В морях развивались  новые семейства двустворчатых  и брюхоногих моллюсков, костистых  рыб и млекопитающих. Среди наземных растений продолжалось быстрое развитие цветковых покрытосеменных, распространившихся по всей Земле. На смену вымершим рептилиям пришли птицы и млекопитающие, заполнившие все основные среды обитания уже в начале палеогена. В середине палеогена обособились группы хищных, копытных, хоботных, грызунов, насекомоядных и приматов. 

Рубеж олигоцена и эоцена (35 млн. лет назад) отмечен резким похолоданием климата, сопровождавшимся массовым вымиранием живых (главным образом, морских) организмов в результате столкновения Земли с космическими телами, образовавшими кратеры Попигай (около 100 км) и Чесапик-Бей. 

Климат начала эры был более мягким и теплым, нежели сейчас. До середины неогена  почти во всей Европе и Южной Азии был тропический и субтропический климат (Тср~ 240-26 0С, до 29 0С), широко распространились саванны, пустынь совсем не было. Крупнейшим из известных внутриматериковых водоемов стало Сарматское море вокруг острова - Кавказа, от Вены до Арала и Днепропетровска. 

В конце неогена  постепенное похолодание сделало  климат близким к современному, усилилась  зональность, у полюсов появилась  ледовая зона. Вымерли многие примитивные (однопроходные) млекопитающие. 15 миллионов лет назад в группе приматов выделились рамапитеки, ставшие предками высших обезьян и людей. 10 миллионов лет назад существовало несколько десятков видов человекообразных обезьян (но почти не было низших обезьян); гоминиды появились на Земле около 6 миллионов лет назад; в настоящее время на Земле проживает 1 вид разумных людей (Homo Sapiens), 5 видов человекообразных и 188 видов низших обезьян. 

В четвертичном периоде произошло очередное оледенение: не менее 3 ледниковых эпох покрывали до 27% площади континентов слоем льда толщиной до 2 км. 

Минимальное содержание СО2 в атмосфере (0,00195 %) было в эпоху  последнего глобального оледенения 20000 лет назад при Тср = 110 С. За последние 10-15 тысяч лет уровень Мирового океана повысился на 100 м. Последний "малый климатический оптимум" был 8000 лет назад: средние температуры были выше современных на 2-3 0С, хвойные и лиственные леса распространились до побережья Северно-Ледовитого океана, Сахара была территорией саванн с многочисленными водоемами. 5500 лет назад произошло похолодание; 4000 лет назад - потепление, 2200 лет назад вновь похолодало, 1000 лет назад - потеплело. Последнее похолодание длилось с XV в. н.э. до начала ХХ века, который стал самым теплым веком тысячелетия. Климат потеплел, предположительно, до середины ХХI века; при этом концентрация СО2 в атмосфере возрастет в 1,5-2 раза, средние температуры возрастут на 1,5 0С, Полностью растает Северно-ледовитый океан. Изменится общая циркуляция атмосферы и Мирового океана, его уровень повысится на 1,5-4 м. Затем, полагают многие ученые, последует новое глобальное похолодание с максимумом оледенения через 20000 лет.

Планета ЗЕМЛЯ

Строение  Земли 

Эволюция  Земли 

      Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией ее происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась около 4,5 млрд. лет назад. В процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака постепенно увеличивалась ее масса. Росли силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля все сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно.

     Чем  крупнее были падавшие объекты,  тем сильнее они нагревали  Землю. Энергия удара освобождалась  не на поверхности, а на глубине,  равной примерно двум поперечникам  внедрившегося тела. А так как  основная масса на этом этапе  поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км могла приблизится к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызвал распад короткоживущих радиоактивных изотопов.

     По-видимому, первые возникшие расплавы представляли  собой смесь жидких железа, никеля  и серы. Расплав накапливался, а  затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться еще на стадии ее формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определенная часть более тяжелого вещества все же успевала опустится под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле.

     Предположительно  ядро образовалось за несколько  сот миллионов лет. При постепенном  остывании планеты богатый никелем  железоникелевый сплав, имеющий  высокую температуру плавления,  начал кристализовываться - так (возможно) зародилось твердое внутреннее  ядро. К настоящему времени оно составляет 1,7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30% земной массы.

     Развитие  других оболочек продолжалось  гораздо дольше и в некотором  отношении не закончилось до  сих пор. 

     Литосфера  сразу после своего образования имела небольшую толщину и была очень неустойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху так называемой великой бомбардировки (от 4,2 до 3,9 млрд. лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки - многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы практически стерли следы этого периода.

     Около  3,8 млрд. лет назад сложилась первая  легкая и, следовательно, "непотопляемая"  гранитная кора. В то время  планета уже имела воздушную  оболочку и океаны; необходимые  для их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и водяных паров. Кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате, во-первых, фотохимической диссоциации воды и, во-вторых, фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких как сине-зеленые водоросли.

     600 млн. лет назад на Земле было  несколько подвижных континентальных  плит, весьма похожих на современные.  Новый сверхматерик Пангея появился  значительно позже. Он существовал 300-200 млн. лет назад, а затем распался на части, которые и сформировали нынешние материки.

     Что  ждет Землю в будущем? На  этот вопрос можно ответить  лишь с большой степенью неопределенности, абстрагируясь как от возможного  внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причем не всегда в лучшую сторону.

     В  конце концов, недра Земли остынут  до такой степени, что конвекция  в мантии и, следовательно,  движение материков (а значит  и горообразование, извержение вулканов, землетрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрет неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая ее судьба будет определяться среднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замерзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а скорее всего именно к этому и приведет возрастающая светимость Солнца), то вода испарится, обнажив ровную поверхность планеты. Очевидно, ни в том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже невозможна, по крайней мере в нашем современном представлении о ней.

Результат эволюции 

    В процессе эволюции возникли атмосфера и гидросфера Земли. 

     Атмосфера Земли: в настоящее время Земля обладает атмосферой массой примерно 5,15*1018 кг, т.е. менее миллионной доли массы планеты. Вблизи поверхности она содержит 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,94% инертных газов, 0,03% углекислого газа и в незначительных количествах другие газы. Давление и плотность в атмосфере убывают с высотой. Половина воздуха содержится в нижних 5,6 км, а почти вся вторая половина сосредоточена до высоты 11,3 км. На высоте 95 км плотность воздуха в миллион раз ниже, чем у поверхности. На этом уровне и химический состав атмосферы уже иной. Растет доля легких газов, и преобладающими становятся водород и гелий. Часть молекул разлагается на ионы, образуя ионосферу. Выше 1000 км находятся радиационные пояса. Их тоже можно рассматривать как часть атмосферы, заполненную очень энергичными ядрами атомов водорода и электронами, захваченными магнитным полем планеты.

     Гидросфера Земли: вода покрывает более 70% поверхности земного шара, а средняя глубина Мирового океана около 4 км. Масса гидросферы примерно 1,46*1021 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей Земли. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн. тонн углекислого газа, а растворенного кислорода - 8 трлн. тонн.