Курс «ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ»
Тема «ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ГЕОЛОГИИ»
Вопрос №2. Специфика современной геологии. Разделы современной геологии.
Специфика современной геологии:
- геология, во многом, является описательной наукой;
- почти все процессы, изучаемые геологией, за исключением процессов, происходящих непосредственно около земной поверхности, недоступны для прямых наблюдений;
- объект изучения (Земля) является уникальным и очень крупным;
- получение новых фактических данных в геологии сопряжено с большими затратами и организационными сложностями; - очень широкий спектр методов, применяемых в геологических исследованиях;
- тесная взаимосвязь со многими другими науками, прежде всего, с химией, физикой, биологией и астрономией;
- большое значение в практической работе геологов играет удача;
- в настоящее время в целях геологических исследований стали создавать полигоны, где хорошо выражены те или иные геологические процессы.
Разделы современной геологии:
1) Науки, занимающиеся веществом:
Минералогия – изучает минералы.
Кристаллография – занимается описанием кристаллов, изучает их внутреннюю структуру.
Петрография – занимается описанием магматических и метаморфических горных пород.
Петрология – изучает процессы образования магматических и метаморфических горных пород.
Литология – занимается описанием и изучает процессы образования осадочных пород.
Геохимия – изучает закономерности распределения химических элементов в горных породах, в земной коре и других оболочках Земли, а также в космосе (космохимия).
2) Науки, занимающиеся историческими аспектами развития Земли:
Палеонтология – занимается изучением животного и растительного мира геологического прошлого.
Стратиграфия – занимается изучением последовательности образования слоёв осадочных пород и установлением их возраста.
Историческая геология – изучает общий ход геологической истории и отдельные её интервалы.
Структурная геология – занимается описанием геологических структур любого масштаба (от пространственных взаимоотношений горных пород и их комплексов до Земли в целом).
Тектоника – изучает происхождение геологических структур любого масштаба (до Земли в целом).
3) Науки, занимающиеся прикладными вопросами:
Геоморфология – изучает происхождение ландшафтов.
Четвертичная геология – изучает рыхлые наиболее молодые породы Земли и геологические процессы самого недавнего геологического прошлого (четвертичного периода).
Гидрогеология – изучает подземные воды.
Инженерная геология и грунтоведение – изучение приповерхностных горных пород и грунтов для нужд строительства.
Экологическая геология – занимается геологическими аспектами охраны окружающей среды.
Учение о полезных ископаемых – рассматривает весь комплекс геологических вопросов, связанных с образованием месторождений полезных ископаемых
Тема «СТРОЕНИЕ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ»
Вопрос №12. Современные взгляды на образование Вселенной и происхождение химических элементов.
[Строение и современные представления о происхождении Солнечной системы – смотри вопрос №13]
Согласно современным представлениям наблюдаемая Вселенная образовалась около 13-14 млрд. лет назад в результате колоссального взрыва, получившего название Большого Взрыва. К моменту Большого Взрыва всё вещество Вселенной было сосредоточено в очень небольшой области пространства (условно – в одной точке). В результате Большого Взрыва фрагменты материи разлетелись во все стороны с разными скоростями, вплоть до сравнимых со скоростью света. Отдельные сгустки материи эволюционировали в дальнейшем в галактики, в каждой из которых стали образовываться звёзды. Разлёт галактик продолжается и в настоящее время, и Вселенная таким образом продолжает расширяться.
Представление о Большом Взрыве основывается на явлении разбегания галактик, открытом в первой половине XX века американским астрономом Эдвином Хабблом. Измерив так называемое «красное смещение» в спектрах галактик Хаббл установил, что все галактики разлетаются от земного наблюдателя, причём скорость убегания «галактик» оказалась тем больше, чем дальше от нас они находятся. Такая ситуация возможна лишь, если все галактики действительно разлетаются из очень небольшой области мирового пространства.
Считается, что химический состав Вселенной в момент её образования был чрезвычайно простым – она состояла из водорода с небольшой примесью гелия, так как в процессе Большого Взрыва могли образоваться только самые простые ядра химических элементов. Первоначальное состояние вещества галактик неизвестно, но, по-видимому, они представляли собой огромные газовые (водородные) облака, которые сами стали распадаться на отдельные сравнительно небольшие фрагменты. Эти фрагменты сжимались за счёт собственной гравитации и превращались в звёзды.
В недрах всех звёзд происходит процесс термоядерного «горения» водорода и превращения его в гелий. В недрах крупных звёзд начинает «гореть» и сам гелий, превращаясь в углерод, а затем и в кислород, неон и более тяжёлые элементы. Происходит постепенное накопление всё более и более тяжёлых элементов, и в недрах наиболее крупных звёзд термоядерный синтез химических элементов может доходить до железа.
Астрофизическими исследованиями установлено, что эволюция крупных звёзд завершается очень сильными взрывами (так называемыми взрывами сверхновых), в результате чего от звезды остаётся лишь очень небольшой остаток, а практически всё её вещество оказывается выброшенным в рассеянном состоянии в окружающее пространство. Так, благодаря взрывам сверхновых, в межзвёздное пространство поступал и продолжает поступать материал, в котором помимо водорода и гелия присутствовали и более тяжёлые элементы, образовавшиеся уже в недрах звёзд. Что очень важно, давления и температуры в момент взрывов сверхновых достигают столь высоких значений, что происходит мгновенное образование и ядер более тяжёлых, чем железо химических элементов.
В результате взрывов сверхновых вещество, обогащённое образовавшимися в их недрах тяжелыми элементами, постепенно накапливается в межзвёздном пространстве, и со временем его становится так много, что из него начинают образовываться звёзды нового поколения. В этих звёздах идёт дальнейший синтез химических элементов, и наиболее крупные из них завершают свою эволюцию взрывом сверхновой, в результате чего в окружающее пространство вновь попадает ещё более обогащённое тяжелыми элементами вещество. Подобный процесс может повторяться многократно.
Вопрос №13. Строение Солнечной системы. Обзор ранних гипотез происхождения Солнечной системы. Современные представления. Новые данные космических миссий последнего десятилетия.
Строение Солнечной системы
В состав Солнечной системы входит центральная звезда Солнце, вокруг которой обращаются восемь больших планет (вместе с их спутниками) и огромное количество малых объектов (астероидов, комет и транснептунных объектов пояса Койпера).
Планеты. Имеют шарообразную форму. Делятся на две группы: расположенные вблизи Солнца (на расстояниях от 0,4 до 1,5 а.е.) планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и расположенные дальше от Солнца (на расстояниях от 5 до 30 а.е.) планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Для планет земной группы характерны высокая плотность (3,94-5,52 г/см3), небольшие массы и диаметры, они являются каменно-металлическими телами. Самая крупная из планет земной группы – Земля. Для планет-гигантов характерны низкая плотность (0,69-1,66 г/см3), большие массы и диаметры. Они являются существенно газовыми телами. Самая крупная планета-гигант – Юпитер. Его масса в 318 раз больше массы Земли, а его диаметр в 11,2 раза больше диаметра Земли.
Спутники планет. Всего в Солнечной системе известно более 150 спутников, при этом 19 из них имеют диаметр более 400 км и подобно планетам характеризуются шарообразной формой, а меньшие по размеру спутники имеют неправильную обломочную форму. Семь самых крупных спутников, в число которых входит и Луна, по своим размерам и массе превосходят Плутон.
Астероиды. Многочисленные каменные тела, обращающиеся вокруг Солнца по орбитам, расположенным, как правило, между орбитами Марса и Юпитера (большинство – на расстояниях от 2,3 до 3,6 а.е.). Имеют неправильную обломочную форму, только четыре самых крупных астероида (с поперечником более 400 км) имеют планетоподобную близкую к сферической форму. Самый крупный астероид – Церера – имеет диаметр около 1000 км. Количество астероидов резко возрастает с уменьшением их размеров, причем никакого нижнего предела размеров у них нет. Постоянные взаимостолкновения в поясе астероидов приводят к их дроблению на все более и более мелкие обломки, вплоть до обломков метеоритных размеров.
Кометы. Многочисленные мелкие ледовые тела (характерный размер - первые десятки километров), обращающиеся вокруг Солнца на больших расстояниях, как правило, по очень вытянутым орбитам, и образующие гигантское кометное облако, названное облаком Оорта. В некоторых случаях кометы удаляются от Солнца на расстояния, измеряемые десятками тысяч а.е. В той части своих орбит, когда кометы пролетают вблизи Солнца, они интенсивно испаряется, испуская при этом знаменитые кометные «хвосты».
Транснептунные объекты пояса Койпера. Многочисленные преимущественно ледовые или ледово-каменные тела, различных размеров, обращающиеся вокруг Солнца по орбитам, расположенным за орбитой Нептуна (большинство – на расстояниях от 40 до 50 а.е.). К числу наиболее крупных из них относится Плутон, который до недавнего времени считался одной из больших планет. Диаметр Плутона составляет лишь около 0,18 диаметра Земли, а масса – лишь около 0,002 от массы Земли. Средняя плотность Плутона составляет около 2 г/см3. В настоящее время в поясе Койпера известно более 1000 объектов, в том числе обнаружены объекты по своим размерам сопоставимые с Плутоном и даже превосходящие его.
Общая масса Солнечной системы составляет около 2·1033 г, причем 99,87 % массы Солнечной системы приходится на Солнце. Все объекты, вращающиеся вокруг Солнца, составляют по массе только 0,13 % массы Солнечной системы, причем «львиная доля» этого остатка (0,10 %) приходится на Юпитер.
Движения и вращения главных тел Солнечной системы происходят согласованно и складывается впечатление, что вся Солнечная система была приведена в движение единым «запуском»:
- все планеты и астероиды вращаются вокруг Солнца в одну и ту же сторону (против часовой стрелки, если смотреть с Полярной звезды);
- Солнечная система имеет форму плоского диска - плоскости орбит всех планет совпадают с точностью до нескольких градусов;
- ось вращения Солнца почти перпендикулярна осредненной плоскости планетных орбит, при этом Солнце вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и планеты вокруг него самого.
Обзор ранних гипотез происхождения Солнечной системы. Первой гипотезой происхождения Солнечной системы, получившей широкое признание, была выдвинутая в конце XVIII века гипотеза Канта-Лапласа. Согласно этой гипотезе Солнце и вращающиеся вокруг него планеты образовались из горячего вращающегося газового облака, которое сжималось под действием собственной гравитации. По мере сжатия облака оно вращалось всё быстрее и быстрее, в результате чего оно приобрело дисковидную форму. В конце концов, под действием центробежных сил от облака несколько раз отрывались газовые кольца, которые в дальнейшем остывали, и из каждого такого кольца конденсировалась отдельная планета. Из центрального сгустка облака образовалось Солнце.
Гипотеза Канта-Лапласа была очень популярна в XIX веке, но затем она была отвергнута, так как не объясняла некоторые характерные особенности Солнечной системы (в частности, малую массу планет и медленное вращение Солнца).
В начале XX века широкое распространение получила гипотеза близкого прохождения посторонней звезды (гипотеза Джинса), согласно которой около Солнца вначале не было никаких планет. Планеты образовались в результате случайного сближения Солнца с посторонней звездой, которая своим гравитационным притяжением вырвала с поверхности Солнца «клок» материи, который затем распался на фрагменты, каждый из которых остыл и конденсировался в отдельную планету.
Гипотеза Джинса хорошо объясняла строение Солнечной системы, но всегда считалась маловероятной, так как требовала исключительно маловероятного события – очень точного прохождения в мировом пространстве двух звёзд рядом друг с другом.
В нашей стране в середине XX века широкое распространение получила гипотеза Шмидта, согласно которой около Солнца вначале тоже не было никаких планет. Планеты образовались в результате случайного пролёта Солнца сквозь постороннее пылевое облако. Пылевые частицы этого облака оказались захвачены гравитационным полем Солнца и впоследствии стали соединяться в более крупные скопления, из которых постепенно выросли планеты.
Гипотеза Шмидта «в чистом виде» не могла объяснить некоторые особенности динамики Солнечной системы, но в её рамках было разработано объяснение механизма роста планет из пылевых частиц, получившее в настоящее время всеобщее признание.
Современные представления. Согласно современным представлениям, в основном сложившимся к 60-и годам XX века, Солнечная система образовалась в результате сжатия некой первичной газо-пылевой туманности, которая на 98% состояла из газа и на 2% из пыли. Подобные туманности довольно широко встречаются в космосе и в настоящее время.
В какой-то момент времени первичная туманность начала испытывать сжатие под действием собственной гравитации. Важно отметить, что первичная «досолнечная» туманность испытывала некоторое изначальное вращение. В соответствии с законами механики по ходу сжатия туманности её вращение ускорялось. При этом на каждую частицу первичной туманности (как пылинку, так и газовую молекулу) одновременно действовали как сила притяжения Fприт, направленная к центру масс туманности, так и центробежная сила Fцб, направленная перпендикулярно оси ее вращения.
|
Результирующая сила Fрез была направлена к экваториальной плоскости туманности. Подавляющая доля и газа, и пылевых частиц оказалась сосредоточенной в центральном теле системы (то есть на Солнце), но небольшая часть газа и пылевых частиц, в состав Солнца не вошла. Эти пылевые частицы сформировали в экваториальной плоскости туманности тонкий пылевой диск, состоявший из бесчисленного множества пылевых частиц, самостоятельно вращавшихся вокруг Солнца (так называемый «протопланетный диск»). В отличие от пылевых частиц газовые молекулы вследствие своего хаотического |
теплового движения не могли сосредоточиться в тонком экваториальном диске, поэтому тот остаток газов, который не вошёл в состав Солнца, в основном, постепенно рассеялся в космическом пространстве.
Основная часть газа и пыли сосредоточилась в центральном теле, которое, сжимаясь, испытывало сильный разогрев. Со временем центральное тело начало самосветиться. Дальнейшее сжатие центрального тела приводило ко всё большему его разогреву, и когда температура в его центре достигла нескольких миллионов градусов, начались термоядерные реакции превращения водорода в гелий - основной источник энергии звезд. С этого момента центральное тело системы (Солнце) превратилось в настоящую звезду.
Что касается пылевого протопланетного диска, сформировавшегося в экваториальной плоскости первичной туманности, то он был неустойчивым образованием. Пылинки, вращавшиеся вокруг Солнца по близким орбитам, имели близкие значения скорости, поэтому при столкновениях происходило их слипание. Так образовывались скопления пылинок, называемые планетезималями. Процесс их формирования называется аккрецией. Вследствие столкновений и слипания планетезимали продолжали расти, и по мере их роста между ними стало проявляться гравитационное взаимодействие. Со временем некоторые планетезимали достигли критического размера в несколько километров, после чего они стали интенсивно «вычерпывать» своим гравитационным полем более мелкие планетезимали с соседних орбит. Этот процесс шел лавинообразно - чем больше становилась «лидирующая» планетезималь, тем интенсивнее она притягивала все остальные. В конечном итоге сформировалось лишь нескольких крупных тел (планет), а околосолнечное пространство «очистилось» от мелких планетезималей.
Важно отметить, что температура первичной газо-пылевой туманности в её центральной околосолнечной части радиусом около 3 астрономических единиц превышала температуру испарения «льдов», поэтому в этой области существовали только тугоплавкие каменные и металлические пылевые частицы, из которых сформировались небольшие по размерам, но высокоплотные космические тела (планеты земной группы, их спутники, астероиды).
Во внешней части первичной туманности температура была ниже, поэтому в этой области существовали как тугоплавкие каменные и металлические частицы, так и легкоплавкие ледовые, причем последние резко преобладали. В результате во внешней части Солнечной системы образовались тела, состоящие преимущественно из «льдов» с той или иной примесью каменного и металлического материала (планеты-гиганты, их спутники, транснептунные объекты пояса Койпера и кометы).
Твердые «зародыши» Юпитера и Сатурна оказались столь массивными, что они смогли своим гравитационным полем притянуть к себе значительные количества газов первичной туманности и превратиться из преимущественно ледовых объектов в газово-ледовые. Быстро выросший и очень массивный Юпитер своим гравитационным полем сильно исказил движение планетезималей в смежных зонах формирующейся планетной системы, подавляющее большинство из которых оказалось «разбросанными» во все стороны и переведенными на сильно вытянутые орбиты. В результате потери почти всего «строительного материала» не сформировался Фаэтон – потенциальная планета, которая должна была находиться на месте главного пояса астероидов. Более того, из-за сильной вытянутости орбит планетезималей столкновения между ними происходили, как правило, на высоких скоростях, и процесс роста планетезималей в этой зоне довольно быстро сменился процессом их разрушения при взаимных высокоскоростных столкновениях.
Новые данные космических миссий последнего десятилетия. К числу наиболее интересных результатов космических миссий последнего десятилетия следует отнести:
- исследование спутников Юпитера автоматической станцией «Галилео»;
- исследование Титана (спутника Сатурна) со спуском на парашюте сквозь атмосферу и посадкой на поверхность;
- исследования на поверхности Марса с помощью «марсоходов».
Тема «МЕТЕОРИТЫ»
Вопрос №14. Классификация метеоритов. Условия образования. Состав. Значение углистых хондритов.
Все метеориты представляют собой агрегаты каменных и металлических частиц, в зависимости от количественного соотношения которых, традиционно подразделяющиеся на три главных группы:
а) каменные (~93 % от общего числа метеоритов), в том числе:
- хондриты (~86%) - никогда не испытывали переплавления, содержание железо-никелевых частиц - около 10-15%;
- ахондриты (~7%) - испытывали полное переплавление и в этом отношении близки к земным магматическим породам, содержание железо-никелевых частиц - первые проценты;
б) железокаменные (~2%) - содержание железо-никелевых частиц около половины;
в) железные (~5%) - железо-никелевые частицы резко доминируют.
Метеориты группы хондритов имеют очень однообразный элементный состав, который очень близок элементному составу условной «каменно-металлической» составляющей солнечного вещества. Это указывает на глубокое химическое родство хондритовых метеоритов и солнечного вещества. По терминологии, принятой для земных пород, хондриты следует отнести к ультраосновным породам.
Ахондритовые, железо-каменные и железные метеориты, наоборот резко отличаются по своему элементному составу как от «каменно-металлической» солнечной составляющей, так и между собой. Однако обобщенный средний элементный состав этих групп метеоритов (с учетом их относительной распространенности) практически идентичен среднему составу хондритовых метеоритов. Это указывает, что ахондритовые, железо-каменные и железные метеориты образовались в результате разделения (дифференциации) хондритового вещества. Эти три группы метеоритов обобщенно называют дифференцированными, а хондритовые метеориты - недифференцированными.
Дифференциация исходного хондритового вещества, по-видимому, происходила в недрах небольших космических тел (астероидов), когда вследствие разогрева их недр хондритовый материал расплавлялся, при этом металлический расплав «тонул» к центру масс вмещающего их тела, а несмешивающийся с ним каменный (ахондритовый) расплав «всплывал» к периферии расплавленной зоны. После остывания астероидов металлический и каменный (ахондритовый) расплавы кристаллизовались, а последующие столкновения между астероидами приводили к образованию большого количества обломков самого разного состава (хондритового, ахондритового, железо-каменного и железного).
Представление о том, что метеориты непрерывно образуются в пределах Солнечной системы в результате столкновений между астероидами, хорошо согласуется с рядом известных фактов:
- спектры отражения метеоритного вещества, исследованные в земных лабораториях, очень близки спектрам отражения астероидов, полученным с помощью телескопических наблюдений;
- расчеты параметров орбит метеоритов, вхождение которых в верхние слои земной атмосферы зафиксировано замедленной киносъемкой, показывают, что их афелии (наиболее удаленные от Солнца точки орбит) расположены в районе пояса астероидов.
Среди хондритов выделяют три группы: обыкновенные (подавляющее большинство), углистые и энстатитовые. Своё название хондриты получили из-за наличия в них так называемых хондр – очень специфических образований, представляющих собой маленькие шарики размером порядка 1 мм, как правило, стеклянные. Следует особо отметить группу углистых хондритов (8 % от общего числа метеоритов), которые содержат в своем составе воду (в связанной форме), некоторые другие легколетучие вещества, а также органические соединения. Эти особенности состава углистых хондритов свидетельствуют, что они никогда в своей истории не подвергались прогреву свыше 400° С. Состав углистых хондритов в наибольшей мере близок к составу условной «каменно-металлической» составляющей солнечного вещества. Эти особенности позволяют рассматривать углистые хондриты в качестве образцов наименее измененного вещества первичной газо-пылевой туманности, из которой образовалась Солнечная система. Следует подчеркнуть, что органическое вещество углистых хондритов имеет небиологическое происхождение, и все попытки найти в углистых хондритах следы жизни оказались безрезультатными. Название «углистые» не совсем удачно, но термин прижился, хотя по смыслу правильнее было бы называть их «углеродистые».
Ахондриты делятся на несколько групп, представляющих собой аналоги земных магматических пород основного и ультраосновного состава. От земных магматических пород отличаются, в частности, присутствием частиц металлического железа.
Железо-каменные метеориты делятся на две группы: палласиты и мезосидериты. Палласиты сложены равномерно распределёнными небольшими зёрнами оливина и металлического железа. Мезосидериты представляют собой механическую смесь фрагментов железных и различных каменных метеоритов.
Железные метеориты делятся на три группы, различающиеся по своей структуре (так называемые октаэдриты, гексаэдриты и атакситы).
Вопрос №15. Количество и размеры метеоритных частиц, выпадающих на Землю. Метеоритные кратеры на Земле и других планетах. Падение метеоритов и глобальные вымирания.
Количество и размеры метеоритных частиц, выпадающих на Землю. Общий поток внеземного вещества, поступающего на Землю, оценивается в диапазоне от 100 до 1000 тонн в сутки. Даже если принять максимальную из этих оценок (1000 тонн в сутки), то и в этом случае за один миллиард лет на поверхности Земли накапливается слой мощностью лишь около двадцати сантиметров. Поток падающего на нашу планету внеземного вещества, по-видимому, убывает с течением геологического времени, но в любом случае практически на всём протяжении геологической истории (кроме самых ранних этапов) он был ничтожен и фактически никак не сказывался на геологических процессах, идущих на нашей планете.
Размеры падающих на Землю тел, в принципе, могут любыми – от астероидов, размер которых измеряется километрами, до мельчайших пылинок. Метеорные тела вторгаются в земную атмосферу со скоростями, превышающими вторую космическую скорость (11,2 км/с). Они испытывают очень сильное торможение и соответствующий разогрев при прохождении через атмосферу, и большинство из них полностью «сгорают», не долетев до земной поверхности. Впрочем, образующиеся при этом мельчайшие переплавленные частички потом всё равно оседают на земную поверхность. По самым оптимистическим оценкам до земной поверхности долетает в виде метеоритов лишь около одного процента от того вещества, которое в настоящее время падает на нашу планету из космоса.
Долетит метеорит до земной поверхности или нет, зависит, прежде всего, от его первоначальной массы и от скорости, с которой он вошёл в земную атмосферу, а также от его состава и механической прочности (железные метеориты более прочные, чем каменные). Считается, что в земной атмосфере полностью «сгорают» даже самые медленные метеориты, масса которых при входе в земную атмосферу составляла не более 30 кг. Считается также, что в земной атмосфере полностью «сгорают» даже многотонные метеориты, скорость которых при входе в земную атмосферу превосходила 22 км/с.
Метеоритные кратеры на Земле и других планетах. Очень крупные тела, масса которых измеряется многими тысячами тонн и более, достигают земной поверхности, даже если их скорость была значительно выше 22 км/с. При этом, столкновение с земной поверхностью происходит с высокой скоростью, измеряемой многими км/с. В результате удара происходит сильный взрыв и образуется ударный кратер. Размеры кратеров зависят от скорости и массы падающего тела, точнее, от его кинетической энергии в момент удара.
В настоящее время на Земле обнаружено около 180 ударных кратеров, из них 19 – на территории Российской Федерации. Самый большой кратер в нашей стране – кратер Попигай диаметром около 100 км находится на границе Красноярского края и Якутии. Самый близкий к Санкт-Петербургу – кратер Янисъярви диаметром около 14 км находится в Северном Приладожье (Карелия).
Кратеры на Земле в геологическом смысле недолговечны, так как они уничтожаются различными геологическими процессами. Они могут быть полностью стёрты в результате эрозии, перекрыты более поздними осадочными породами, или разрушены в ходе горообразования. Так как Земля очень активна в геологическом отношении, то кратеров на ней мало.
Большинство других тел Солнечной системы, имеющих твёрдую поверхность, напротив, испещрены кратерами (Луна, Марс, Меркурий, многие спутники планет-гигантов). Интенсивная бомбардировка поверхности этих тел произошла на самой раннем этапе истории Солнечной системы. Если же поверхность какого-либо космического тела в дальнейшем была полностью или частично «обновлена», то кратеров на таких поверхностях немного. В качестве примеров можно привести залитые базальтами лунные «моря», заливавшиеся водными потоками крупные площади на Ганимеде (спутник Юпитера). Мало кратеров на Венере, их практически нет на Ио и Европе (спутники Юпитера), что свидетельствует о продолжающихся на поверхности этих тел активных процессах.
Падение метеоритов и глобальные вымирания. Глобальные катастрофы, вызванные ударами комет или астероидов, неоднократно происходили в геологическом прошлом. Одна из самых крупных катастроф произошла 65 миллионов лет назад (на границе мела и палеогена), в результате которой мгновенно исчезли многие группы животных, в том числе и динозавры. Причиной массовой гибели животных стал не сам взрыв, а его экологические последствия. Считается, что в результате взрыва в атмосферу было выброшено огромное количество пыли, которая оседала в течение многих месяцев или даже нескольких лет. Атмосфера на какое-то время стала менее прозрачной для солнечных лучей, что привело к короткому, но очень резкому похолоданию и массовой гибели растений, а значит и животных вследствие нарушения всех пищевых цепочек.
Одним из доказательств того, что первопричиной массового вымирания животных 65 миллионов лет назад был именно удар астероида, является наличие так называемой иридиевой аномалии. В осадочных породах на границе мела и палеогена по всему земному шару обнаруживаются резко повышенные концентрации иридия – химического элемента, малораспространённого в земной коре, но в значительных количествах отмечающегося в метеоритах. В начале 90-х годов XX века был найдены следы кратера, который, как считается, образовался в результате этого удара. Это кратер Чиксулуб в Мексике. Его возраст – 65 миллионов лет, а диаметр – около 170 километров. Он расположен на полуострове Юкатан, причем большая часть окружности этого кратера находится не на суше, а на мелководье Мексиканского залива. Астероид, вызвавший образование этого кратера должен был иметь в поперечнике около десяти километров.
Тема «ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ»
Вопрос №17. Основные границы внутренних оболочек и способы их изучения (P и S волны и их характеристики).
Наиболее важными для изучения внутреннего строения Земли являются так называемые P-волны (продольные) и S-волны (поперечные).
В случае продольных P-волн частицы среды колеблются вдоль направления движения волны. При этом создаются участки сжатия и растяжения, распространяющиеся во все стороны от очага землетрясения. Продольные P-волны распространяются и в твердой, и в жидкой, и в газообразной средах, и являются, по существу, обычными звуковыми волнами.
Продольные P-волны являются самыми быстрыми из всех сейсмических волн – им нужно лишь двадцать минут, чтобы пересечь весь земной шар по диаметру.
В случае поперечных S-волн частицы породы колеблются в направлении, перпендикулярном направлению движения волны. Поперечные S-волны распространяться лишь в твердых телах. Вытекающая из рисунка аналогия поперечных S-волн с морскими чисто внешняя - в жидкой (и в газообразной) среде поперечные S-волны не распространяются. Еще в начале XX века было установлено, что поперечные S-волны не проходят через центральную область нашей планеты - ее ядро, что свидетельствовало о его жидком (расплавленном) состоянии. Поперечные S-волны примерно в 1,7 раза медленнее, чем продольные P-волны.
Кропотливый математический анализ хода сейсмических волн, возникающих при сильных землетрясениях и зарегистрированных сейсмостанциями, расположенными по всему миру, позволил определить, какую скорость имеют сейсмические волны на разных глубинах внутри тела Земли. Был построен так называемый «скоростной разрез Земли», т.е. график зависимости скорости сейсмических волн от глубины (слева).
Наиболее резкие изменения скорости сейсмических волн фиксируются на границе коры и мантии (граница Мохоровичича – в среднем около 40 км под континентами) и на границе мантии и ядра (поверхность Гуттенберга – 2900 км).
Помимо этого, на скоростном разрезе выделяется еще несколько сейсмических границ. Наиболее важной из них является граница, разделяющая ядро на внешнее и внутреннее (на глубине 5100 км). Несколько слабых скачков скорости сейсмических волн фиксируются в мантии на глубинах от 400 до 1000 км – они обусловлены скачкообразными превращениями некоторых минералов в более плотные модификации.
Между сейсмическими границами скорость волн возрастает с глубиной плавно, что связано с постепенным ростом плотности среды под действием возрастающего с глубиной давления. Очень важной особенностью скоростного разреза, проявленной в верхней мантии, является так называемая «зона низких скоростей», наличие которой объясняют тем, что породы в этой зоне частично расплавлены.