29.Квантомеханический характер закона периодичности свойств химических элементов.

В 1869 г. Д. И. Менделеев открыл периодический закон изменения химических и физических свойств элементов в зависимости от их атомных масс. Д. И. Менделеев ввел понятие порядкового номера Z-элемента и, расположив химические элементы в порядке возрастания их номера, получил полную периодичность в изменении химических свойств элементов. Физический смысл порядкового номера Z-элемента в периодической системе был установлен в ядерной модели атома Резерфорда: Z совпадает с числом положительных элементарных зарядов в ядре (протонов) и, соответственно, с числом электронов в оболочках атомов.

Принцип Паули дает объяснение Периодической системы Д. И. Менделеева. Начнем с атома водорода, имеющего один электрон и один протон. Каждый последующий атом будем получать, увеличивая заряд ядра предыдущего атома на единицу (один протон) и добавляя один электрон, который мы будем помещать в доступное ему, согласно принципу Паули, состояние.

У атома водорода Z = 1 на оболочке 1 электрон. Этот электрон находится на первой оболочке (K-оболочка) и имеет состояние 1S, то есть у него n =1,а l =0(S-состояние), m = 0, ms = ±l/2 (ориентация его спина произвольна).

У атома гелия (Не) Z = 2, на оболочке 2 электрона, оба они располагаются на первой оболочке и имеют состояние 1S, но с антипараллельной ориентацией спинов. На атоме гелия заканчивается заполнение первой оболочки (K-оболочки), что соответствует завершению I периода Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. По принципу Паули, на первой оболочке больше 2 электронов разместить нельзя.

У атома лития (Li) Z = 3, на оболочках 3 электрона:2—на первой оболочке (К-оболочке)и1—на второй (L-оболочке). На первой оболочке электроны в состоянии 1S, а на второй – 2S. Литием начинается II периодтаблицы.

У атома бериллия (Be) Z = 4, на оболочках 4 электрона: 2 на первой оболочке в состоянии IS и 2 на второй в состоянии 2S.

У следующих шести элементов – от В (Z = 5) до Ne(Z = 10) – идет заполнение второй оболочки, при этом электроны находятся как в состоянии 2S, так и в состоянии 2р (у второй оболочки образуется 2 под-оболочки).

У атома натрия (Na) Z = 11. У него первая и вторая оболочки, согласно принципу Паули, полностью заполнены (2 электрона на первой и 8 электронов на второй оболочках). Поэтому одиннадцатый электрон располагается на третьей оболочке (М-оболочке), занимая наинизшее состояние 3S. Натрием открывается III период Периодической системы Д. И. Менделеева. Рассуждая подобным образом, можно построить всю таблицу.

Таким образом, периодичность в химических свойствах элементов объясняется повторяемостью в структуре внешних оболочек у атомов родственных элементов. Так, инертные газы имеют одинаковые внешние оболочки из 8 электронов.

30.Современные концепции развития Земли. Внутреннее строение и история геологического развития Земли. Географическая оболочка Земли и ее структура. Современные концепции развития географических оболочек.  

Другие современные концепции развития Земли

В середине 70 годов прошлого столетия Дж. Морган выдвинул идею магнитных плюмов и представлений о них вылилось в самостоятельную концепцию получившее название *Тектоника магнитных плюмов,* которая стала, наряду с плитной тектоникой, одним из важных аспектов общей теории развития Земли.

Мантийные плюмы Морган рассматривал как ………………… конвекции в нижней мантии, которая сопровождается теплопотоками и вносом и выносом относительно примитивного вещества мантии в астеносферу.

            Вследствие подъёма плюмов происходит горизонтальное растекания материала, вызывающие появление напряжений в основании литосферных плит. Мантийные плюмы Морган считал движущими механизмами литосферных плит. Зарождение плюмов, судя по сейсмической томографии, может происходить на разных глубинах в зависимости от стадии их развития.

В основе этих процессов лежит горизонтальный перенос вещества (адвекция) и диапиризм, как активная реакция на меняющиеся термодинамические условия. Они являются важнейшим фактором структурообразования на самых разных уровнях тектоносферы и основной формой обмена веществом и энергией между разными по глубине оболочками Земли и доминирующим процессом в тектоносфере.

            Интересна проблема влияния ратационого фактора на расщепления магнитных плюмов и структур с вязаными сними. Здесь прежде всего рассматривается влияние сил осевого вращения Земли на размещение и структуру крупных тектономагматических систем докембрия. Замечено, что магнитные плюмы, судя по палеомагнитным данным в значительной мере располагались в субэкваториальном *горячем поясе* ранней Земли. Этот пояс в пределах широт ±35 градусов был выделен давно на основании статистического анализа размещение *горячих точек* Земли, сейсмической томографии, сравнительного планетологического анализа ближайших планет Марса и Венеры и палеомагнитных данных. Его формирование было связано с действием центробежной силы Земли, скорость вращения которой в докембрии была значительно выше, чем сейчас. Предполагается, что в раннем докембрии в субэкваториальной зоне мантийного подъёма и соответствующего ему плюмотектонического режима происходило формирование статических ядер ранних суперконтинентов, а затем, при переходе к полномасштабной тектоники плит на рубеже около 2 млрд. лет назад, происходил их распад и последующее воссоединение.

Следовательно силы осевого вращения Земли существенно влияют на пространственное размещение центров мантийных плюмов докембрия и на геометрию связанных с ними структур например, гигантских мафических роев даек Хатанги и Седрик.

Одной из основополагающих концепций развития внешней оболочки Земли является тектоническая расслоённость литосферы. В течение нескольких десятилетий конца прошлого столетия эта концепция и тектоника литосферных плит изолирована развивалась друг от друга хотя обе являются мобилистскими. Более того, они противопоставлялись друг другу. Однако, на самом деле, между этими концепциями нет глубоких противоречий. Это хорошо видно хотя бы на примере Средиземноморского региона.

            Палеоклиматические и палеомагнитные данные наряду с геологическими свидетельствуют о том, что внутри океан Тетис, разделявшего Афро-Аравийскую и Евроазиатскую плиты, были расположены малые плиты, имеющие различную геодинамическую природу и различные геологические особенности. Во многих местах этого пояса а настоящее время наблюдается фрагменты однолитовых террейнов, которые собой реликты разновозрастных и различных структур океанической коры, а так же верхней мантии. Они обдуцированы как на континентальное обрамление средиземноморского неподвижного пояса, так и на расположенные в его приделах террейны начиная с позднего протерозоя террейны использовали значительные разнонаправленные горизонтальные движения внутри органического пространство прото, палео и мезотетиз, подвергались взаимной аккреции и в конечном счете были прикреплены к евроазиатскому континенту. По краям туррейна течение всего времени функционировали разно наклонные зоны субдукци с магматизмом и метаморфизмом. Таким образом получилось тектоническое расслоение всего пояса с покровным строением как альпийского чехла так и до альпийского основание многих зон. Доказано наличие крупных горизонтальных перемещений на совершено разных уровнях земной коры, начиная с образования сорванных покровов чехла до глубинных субгоризонтальных пластин вязкого течения горных пород, а местами сдавливание земной коры(Кавказ и Дерульский массив). Таким образом, при рассмотрение процессов, протекающих в недрах земной коры, становится необходимым синтез концепций: тектоники и литосферных плит, играющей определенную роль …………….. верхней оболочки Земли и тектонической расслоённости литосферы.

 К настоящему времени сформулирована концепция геоблоков строения и активизации земной коры или тектоники геоблаков.

Автор этой концепции (Л. Красный и др.) считают, что она максимально учитывается особенности индивидуального развития геоблоков литосферы с континентальной или океанической корой.

Суть концепции состоит направленном изменении преобладавших на ранних этапах эволюции Земли плутогенных процессов формирование литосферы на тектонические процессы формирование расслоённости земной коры в позднем архее---раннем протерозое. При этом сочетались вертикальные и горизонтальные перемещения вещественных комплексов в рифтогеных, спрединговых, геосинклинально-орогеных и марьяжных обстановках. При этом архейские блоковые структуры эволюционируют в пределах своих очертаний, распадаясь на блоки с различными механизмами дифференциации литосферы, а затем вновь объединяясь в геоблока в конце раннего протерозоя.

Внутреннее строение и история геологического развития Земли, её формирование и дифференциация недр, химический состав

ЗЕМЛЯ, третья от Солнца большая планета Солнечной системы. Благодаря своим уникальным, быть может, единственным во Вселенной природным условиям, стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь.

(Рис.1) Строение Земли

Цифрой 1 на рисунке обозначена земная кора (внешняя оболочка), толщина которой изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

[1-2] От низ лежащей мантии земную кору отделяет во многом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

[2] На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.

[3] В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли2.

[4-5] Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (внешнее ядро) и твердую (внутреннее), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

[6] Внутреннее твердое ядро не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При этом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.

Формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества, которой способствовал постепенный разогрев земных недр, в основном за счёт теплоты, выделявшейся при распаде радиоактивных элементов (урана, тория, калия и др.). Результатом этой дифференциации явилось разделение Земли на концентрически расположенные слои — геосферы, различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее лёгких и легкоплавких компонентов вещества, выделившихся из мантии в процессах выплавления возникла, расположенная над мантией земная кора. Совокупность этих внутренних геосфер, ограниченных твёрдой земной поверхностью, иногда называют "твёрдой" Землей (хотя это не совсем точно, поскольку установлено, что внешняя часть ядра обладает свойствами вязкой жидкости). "Твёрдая" Земля заключает почти всю массу планеты (см. табл. 1). За её пределами находятся внешние геосферы — водная (гидросфера) и воздушная (атмосфера), которые сформировались из паров и газов, выделившихся из недр Земли при дегазации мантии. Дифференциация вещества мантий Земли и пополнение продуктами дифференциации земной коры, водной и воздушной оболочек происходили на протяжении всей геологической истории и продолжаются до сих пор.

Географическая оболочка охватывает верхнюю часть земной коры, нижнюю часть атмосферы и включает в себя гидросферу, почвенный и растительный покровы и животный мир. В отличие от других сфер земного шара (а также от оболочек других планет) в географической оболочке Земли вещество встречается в трёх состояниях, процессы в ней протекают как за счёт космических, так и внутренних, земных, источников энергии; только в ней есть жизнь. Географическая оболочка — это система: все её компоненты взаимосвязаны, взаимодействуют и взаимно определяют друг друга. И самое главное — это система открытая: обмен веществ и энергии происходит не только между её компонентами, но и между оболочкой, космосом и внутренними частями Земли. В своём развитии географическая оболочка прошла три этапа. Начало первому из них — неорганическому — положило отделение суши от океана и выделение атмосферы. На втором этапе в географической оболочке образуется биосфера, преобразившая все протекающие ранее в ней процессы. На третьем — современном — в географической оболочке возникает человеческое общество.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ ГЕОСФЕРНЫХ ОБОЛОЧЕК

В последние 30 лет признание получила концепция тектонических литосферных плит, согласно которой в течение всего мезозоя и кайнозоя материки перемещались по поверхности планеты. Рассмотрев карту мира как разрезную картинку, можно заметить, что Южная Америка и Африка, Антарктида, Австралия и Индостан – границы материков – хорошо совмещаются. Это обстоятельство было отмечено давно, но лишь в 1912 г. немецкий метеоролог и геолог Альфред Вегенер (1880–1930) сделал предположение о существовании единого праконтинента, его расколе и последующем движении образовавшихся континентов. Понадобилось более полувека, чтобы эта теория получила признание специалистов.

Теория тектонических литосферных плит существенно изменила представления об эволюции нашей планеты. Мы стали лучше понимать природу землетрясений и получили возможность улучшить их прогнозирование. Зная линии разломов земной коры, вдоль которых происходит смещение плит, можно наблюдать за этим смещением. Если оно замедляется или останавливается, это указывает на вероятность приближения сейсмического толчка или серии таких толчков. Теория литосферных плит сделала более понятным распределение полезных ископаемых.

Гидросфера (водная оболочка) покрывает 71 % поверхности планеты и включает в себя Мировой океан, моря, озера, реки и подземные воды.Вода – сильнейший, почти универсальный растворитель: в 1 т океанической воды содержится 35 кг различных солей. Одним из замечательных ее свойств является то, что ее твердая фаза (лед) имеет при температуре замерзания плотность меньшую, чем жидкая вода. Поэтому замерзание водоемов начинается сверху, где зимой температура атмосферы понижается, и в глубине сохраняются условия, благоприятные для жизни. Значительная часть воды содержится в криосфере – льдах Арктики и Антарктики, занимающей огромные пространства.

Атмосфера – газовая оболочка Земли, существенно отличается от атмосфер других планет Солнечной системы. Первоначально она состояла из водорода, водяных паров, углекислого газа, метана, аммиака и небольших количеств гелия и неона. На Земле углекислота была удалена химическими реакциями с горными породами при участии жидкой воды, а впоследствии и фотосинтезом растений. Современная атмосфера состоит из азота (около 80 %) и кислорода (около 20 %). Атмосфера подразделяется на несколько уровней – приземную тропосферу с интенсивным вертикальным и горизонтальным движением воздуха, стратосферу с озоновым слоем, мезосферу, ионосферу и экзосферу. Совокупность движений воздуха тропосферы образует атмосферную циркуляцию. Наблюдается широтное чередование сезонно смещающихся зон высокого и низкого давления, и отрывающиеся от них атмосферные вихри, связанные с областями низкого и высокого давления, называются циклонами и антициклонами.

Сложное взаимодействие трех геосфер – атмосферы, литосферы и гидросферы (возможно, и при неких дополнительных внешних воздействиях) привело в глубокой древности к формированию новой геосферы – биосферы, сферы жизни. Ее составляющей является и та часть материи, которая пытается познать строение Земли и Вселенной и определить свое место в ней, – люди.