5. Пояс астероидов. Метеориты, их состав и значение для геологии. Кометы. Гипотезы происхождения Солнечной системы.

Астероиды - это твердые каменистые тела, которые, подобно планетам, движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. Но размеры этих тел намного меньше, чем у обычных планет, поэтому их еще называют малыми планетами. Кольцевая область пространства, которую занимают эти тела, называется Главным поясом астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера.

Метеориты – падающие с неба куски камня или железа, различаются по составу:

1. каменные

2. железокаменные - куски никелистого железа с вкраплениями зерен каменистых минералов.

3. железные – никелевое железо

По форме:

1. хондриты

2. ахондриты

Метеориты представляют собой осколки разрушившихся планет. Поэтому по составу метеоритов можно судить о веществе космических тел. В метеоритах химических элементов, которые отсутствуют на Земле, не обнаружено. Изучая метеориты, можно сделать некоторые выводы о составе и строении внутренних частей Земли, так как по происхождению Земля и планеты солнечной системы едины.

Комета – небольшое небесное тело, имеющее туманный вид, обращающееся вокруг Солнца по коническому сечению с весьма растянутой орбитой. При приближении к Солнцу комета образует кому и иногда хвост из газа и пыли. Состоит из ядра, диаметром 10-15 км, комы – газовой оболочки, и хвоста, который всегда направлен от Солнца.

Гипотезы происхождения Солнечной системы:

1. Н. Коперник – гелиоцентрическая модель солнечной системы

2. Ж. Л. Леклерк де Бюффон - Солнечная система возникла в результате столкновения Протосолнца с крупным космическим телом.

3. И. Кант - Солнце и планеты образовались одновременно из некоторой туманности

4. П. Лаплас – существовало Протосолнце, окруженное туманностью, которая представляласобой громадную массу раскаленного газа. Охлаждаясь, туманность уменьшилась в размерах, что сопровождалось увеличением скорости вращения и ростом центробежных сил. Последние увеличивались быстрее, чем силы притяжения, что способствовало отделению от экватора Протосолнца колец (знаменитые «кольца Лапласа»), которые обращались вокруг Солнца в одном направлении

5. Джинс - начинает построения Солнечной системы с огненного шара, диаметр которого выходит за пределы самой далекой планеты. При прохождении вблизи крупного космического тела шар получает вращение с последующим уплотнением вещества и увеличением скорости вращения. Когда форма сфероида достигла вида «чечевицы», от его экваториальной части начали отделяться кольца. Отделение колец продолжалось и после ухода встречной звезды. Это вещество, согласно Джинсу, послужило исходным материалом для образования планет.

6. Мультон — Чемберлен -при близком прохождении от Протосолнца крупного космического тела из двух диаметрально противоположных на экваторе участков, определяемых концами длинною диаметра сфероида Протосолнца, возникают два протуберанца. После ухода возбуждающего тела протуберанцы остаются в поле притяжения Солнца. Истечение прекращается. Протуберанцы сливаются, образуя спираль, ветви которой неравномерно заполнены космической пылью. Сливаясь, мелкие частицы образуют более крупные, названные Чермберленом «планетезималями», рассматриваемые как центры концентрации вещества будущих планет

7. О. Ю. Шмидт – захват Протосолнцем космической туманности

8. В. Г. Фесенков - Солнце и планеты образовались в результате сжатия гигантской туманности (глобулы)

*6. Магнитное поле: магнитосфера Земли, магнитное склонение и наклонение. Миграция магнитных полюсов и их инверсия. Региональные и локальные магнитные аномалии. Природа магнитного поля Земли.

Земля обладает магнитным полем и представляет собой гигантский шар, намагниченный по оси, отклоняющейся от оси вращения примерно на 11,5 градуса. Околоземное пространство, в пределах которого геомагнитное поле больше межпланетного, получило название магнитосферы. Она имеет вытянутую форму в направлении от Солнца. С дневной стороны она простирается на 8-14 R.С ночной стороны (обращенной от Солнца) магнитосфера вытянута и образует так называемый магнитный хвост Земли. Асимметричная форма магнитосферы вызвана солнечным ветром (потоком сильно ионизированного газа, исходящего от Солнца). Солнечный ветер не может преодолеть магнитное поле Земли, и при столкновении с ним образуется ударная волна, которая нагревает солнечную плазму и сжимает магнитное поле со стороны Солнца. Силовые линии геомагнитного поля смещаются с дневной на ночную сторону и образуют вытянутый в сторону от Солнца сигарообразный хвост.

Околоземное пространство по характеру магнитного поля делится на три области:

1. Невозмущенный солнечный ветер. Он располагается перед фронтом ударной волны.

2. Магнитопауза, которая находится между фронтом ударной волны и границей магнитосферы. Ее протяженность составляет несколько земных радиусов.

3. Магнитосфера, которая заполнена частицами высоких энергий, образующих радиационные пояса. Под действием магнитного поля здесь происходит движение заряженных частиц, таких как электроны и протоны. Указанные частицы движутся по определенным траекториям в магнитосфере, образуя электронные и протонные радиационные пояса.

Магнитная стрелка в геомагнитном поле ориентируется параллельно его силовым линиям. Концы стрелки указывают на северный и южный магнитные полюса Земли, которые не совпадают с географическими полюсами. Угол между направлением северного конца стрелки и направлением на географический полюс называют магнитным склонением. Склонение считается восточным (положительным), если стрелки компаса отклоняется к востоку от направления на географический полюс, и западным (отрицательным) — если отклонение на запад. Магнитное склонение в конкретный момент времени будет различным для разных точек земного шара. Так, магнитное склонение для Москвы будет существенно отличаться от магнитного склонения для Новосибирска. Магнитное склонение измеряется в градусах.

Магнитная стрелка располагается под углом к поверхности Земли. Угол, который образует стрелка компаса с горизонтальной плоскостью получил название магнитного наклонения. Если северный конец стрелки ориентирован внутрь Земли, то наклонение считают положительным. Для северного полушария оно положительно, для южного — отрицательно. Точки, в которых магнитное наклонение равно 90 ", называют магнитными полюсами.

Отклонения напряженности поля от нормальных значений для данной местности называют магнитными аномалиями. Причина их — изменение состава горных пород в разрезе земной коры. Магнитные аномалии создаются неоднородно намагниченными породами, отличающимися разной мощностью и залегающими на разной глубине, поэтому аномалии наблюдаются на площадях от долей квадратного километра (локальные аномалии) до многих тысяч квадратных километров (региональные аномалии).

+7. Гравитационное поле Земли, его неоднородности: локальные и региональные аномалии. Понятие изостазии.

Гравитационное поле Земли— силовое поле, обусловленное притяжением масс Земли и центробежной силой, которая возникает вследствие суточного вращения Земли; незначительно зависит также от притяжения Луны и Солнца и других небесных тел, и масс земной атмосферы. Гравитационное поле Земли характеризуется силой тяжести, потенциалом силы тяжести и различными его производными.

Обычно гравитационное поле Земли представляют состоящим из 2 частей: нормальной и аномальной. Основная — нормальная часть поля соответствует схематизированной модели Земли в виде эллипсоида вращения (нормальная Земля). Она согласуется с реальной Землёй. Поверхность нормальной Земли считают уровенной, т.е. потенциал силы тяжести во всех её точках имеет одинаковое значение.

Отклонение измеренного значения гравитационного поля от расчетного получило название гравитационной аномалии. Гравитационные аномалии бывают региональные и локальные. Региональные гравитационные аномалии связаны с крупными плотностными неоднородностями в строении Земли: горные области, поднятые или опущенные блоки земной коры Локальные гравитационные аномалии связаны с наличием отдельных слоев или небольших геологических тел с большой или малой плотностью горных пород. Гравитационное поле Земли используется при расчёте орбит искусственных спутников Земли и траекторий движения ракет. По аномалиям гравитационного поля Земли изучают распределение плотностных неоднородностей в земной коре и верхней мантии, проводят тектоническое районирование, поиски месторождений полезных ископаемых. Гравитационное поле Земли используется для вывода ряда фундаментальных постоянных геодезии, астрономии и геофизики.

Изостазия, изостатическое равновесие — равновесное состояние верхних горизонтов Земли, проявляющееся в том, что на определенной глубине (глубине компенсации) в недрах происходит выравнивание давления вышележащих горизонтов. Изостатическая компенсация достигается на глубине 100-150 км (внутри астеносферы). Предположение об уравновешенности масс горных пород возникло в 18 веке при измерениях отклонений отвеса вблизи гор. Термин "изостазия" введён в 1892 американским учёным К. Деттоном, который понимал изостазию как стремление земной коры к гидростатическому равновесию.

Изостазия означает, что концентрациям масс (горы, массивы пород повышенной плотности) у поверхности Земли соответствуют равные по величине недостатки масс на глубинах, не превышающих уровень компенсации. Недостаткам масс (впадины морей, толщи малоплотных пород) у поверхности Земли соответствуют массы повышенной плотности на глубинах, меньших глубин компенсации.

*9. Атмосфера Земли: газовый состав, плотностная и температурная неоднородность. Озоновый слой и его значение для живого на Земле. Радиационные пояса в атмосфере.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли, изучением которой занимается специальная наука — метеорология. Атмосфера представляет собой механическую смесь газов. У поверхности Земли воздух состоит из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %), углекислого газа (0,03 %); водород, неон, озон, гелий, криптон, ксенон, аммиак, перекись водорода, эманации радия вместе составляют 0,01 %. Кроме того, в атмосфере, особенно в нижних ее слоях, содержатся водяной пар, пыль и микроорганизмы.

В строении атмосферы выделяют три оболочки:

1. Тропосфера — самая нижняя оболочка атмосферы, непосредственно соприкасающаяся с земной поверхностью и представляющая наибольший интерес для геологии. Тропосфера отличается от других оболочек большей плотностью, постоянным наличием водяного пара, углекислоты и пыли, понижением температуры с высотой и существованием вертикальной и горизонтальной циркуляции воздуха. В верхней части тропосферы выделяют переходный к стратосфере слой, называемый субстратосферой. В тропосфере содержится около 80 % массы атмосферы.

2. Стратосфера начинается у верхней границы тропосферы (8-18 км от поверхности Земли) и достигает высоты 80 км Характерной чертой стратосферы является ее температурный режим. В нижних слоях стратосферы находится изотермическая зона — нижняя стратосфера, температура в которой постоянна и равна 45-50 °С ниже нуля у полюсов и 70-80 °С ниже нуля у экватора. В стратосфере содержится около 20 % массы атмосферы. Состав воздуха в стратосфере характеризуется повышенным содержанием (O₃), возникающим в результате диссоциации кислорода под действием ультрафиолетовых лучей. Особенно богатый озоном слой стратосферы на высоте 25-50 км называют озоносферой. Максимальное содержание озона составляет 0,000006 %. Несмотря на столь ничтожное количество, роль озона в атмосфере очень велика вследствие очень сильного поглощения озоном как солнечной радиации, так и земного излучения.

3. Ионосфера — внешняя область атмосферы от верхней границы стратосферы (80 км) до высоты 1000 км (условно). На ионосферу падает многообразное излучение Солнца и звезд, что вызывает диссоциацию молекул и их ионизацию. Под действием главным образом ультрафиолетового излучения Солнца атмосферные частицы в ионосфере превращаются в ионы. Ионосфера отличается весьма низкой плотностью, она содержит менее 0,5 % всей массы атмосферы. Температура в ионосфере за счет процессов ионизации повышается и на высоте 200 км достигает 600-700 °С, еще более увеличиваясь с высотой.

Радиационный пояс — область магнитосфер планет, в которой накапливаются и удерживаются проникшие в магнитосферу высокоэнергичные заряженные частицы (в основном протоны и электроны).

*10. Гидросфера: подземная и надземная составляющие. Формы нахождения воды: жидкая, твердая и газообразная и их объемные соотношения между собой. Биосфера. Ноосфера – как оболочка активного проявления человеческой деятельности.

Гидросфера — прерывистая водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность всех видов природных вод (океанов, морей, поверхностных вод суши, подземных вод и ледяных покровов).

Основная масса воды гидросферы сосредоточена в Мировом океане, 2-е место по объёму водных масс занимают подземные воды (воды литосферы), 3-е — лёд и снег арктических и антарктических областей. Солёные океанические воды составляют свыше 96 % массы гидросферы, вода ледников — около 2 %, подземные воды — примерно столько же, а поверхностные воды суши — 0,02 %. Гидросфера перекрывается с биосферой по всей своей толще, но наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые Солнцем слои, а также прибрежные зоны.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Ноосфера — это биосфера, разумно управляемая человеком. Ноосфера является высшей стадией развития биосферы, связанной с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным фактором развития на Земле.

*11. Форма и размеры Земли. Особенности строения ее поверхности. Понятие о геоиде. Масса и плотность Земли. Основные сведения о земной коре, мантии и ядре. Состав и строение земной коры. Химический состав земной коры.

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду. Средний радиус 6371,0 км. Объём (V) 10,8321·1011 км³. Площадь поверхности Земли 510,2 млн км2. Земная кора образует самую верхнюю твердую оболочку, которая по отношению к общему объему планеты представляет собой тонкую «скорлупу». Состав, строение и мощность коры континентов и океанов различны, что дало основание для выделения ее главных типов: континентального, океанического и двух переходных. Геоид - выпуклая замкнутая поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах в спокойном состоянии и перпендикулярная к направлению силы тяжести в любой ее точке. Масса (m) 5,9726·1024 кг, средняя плотность (ρ) 5,5153 г/см³. Мантия Земли является самой крупной геосферой — она составляет 83 % объема планеты и около 66 % ее массы. Граница между корой и мантией, обычно сейсмически достаточно четко выраженная скачком

скоростей продольных волн от 7,5-7,6 до 7,9-8,2 км/с, известна как поверхность Мохоровичича. В океанах эта граница несет следы сильных преобразований, и можно предположить, что вдоль нее происходят значительные подвижки и даже срывы коры относительно мантии. На континентах переход от коры к мантии носит более сложный характер, в ряде случаев обнаруживается не одна, а несколько границ, которые интерпретируются как «перескок» поверхности М

с одного уровня на другой вследствие фазовых превращений. Согласно современным научным представлениям, состав земной мантии считается похожим на состав каменных метеоритов, в частности хондритов. В состав мантии преимущественно входят химические элементы, находившиеся в твёрдом состоянии или в твёрдых химических соединениях во время формирования Земли: кремний, железо, кислород, магний и др. Эти элементы образуют с диоксидом кремния силикаты. В верхней мантии (субстрате), скорее всего, больше форстерита MgSiO4, глубже несколько увеличивается содержание фаялита Fe2SiO4. В нижней мантии под воздействием очень высокого давления эти минералы разложились на оксиды (SiO2, MgO, FeO).

Ядро Земли занимает около 17 % ее объема и составляет 34 % массы планеты. Такое соотношение долей объема и массы объясняется резкими различиями физических параметров ядра и мантии. На границе ядра и мантии, приуроченной к границе Вихерта — Гутенберга, отмечается резкое снижение скорости продольных волн от 13,7 до 8,1 км/с, затухание поперечных волн и скачкообразное увеличение плотности вещества с 5,5 до 10 г/см3. Поперечные сейсмические волны ниже этой границы не проходят. По данным сейсмотомографии, поверхность ядра является неровной и образует выступы и впадины с амплитудой до 5- 6 км. В строении ядра выделяют три элемента: внешнее ядро (слой Е), внутреннее ядро (слой G) и переходную оболочку (слой F).

Верхняя каменная оболочка Земли — земная кора — сложена различными по составу и происхождению горными породами. Любая горная порода представляет собой определенное сочетание минералов, являющихся, в свою очередь, химическими элементами или их природными соединениями. Главными элементами-строителями земной коры являются О, Si, Al, Fe, Са, Na, К, Mg, составляющие более 98 % ее веса. Ведущее место среди них принадлежит кислороду, на долю которого приходится почти половина массы земной коры и около 92 % ее объема. По преобладающим химическим элементам земную кору иногда называют оксисферой, а также сиалической оболочкой. Химический состав земной коры изменяется в течение геологического времени, причем эта эволюция продолжается по сей день. Основными причинами изменения химического состава являются:

• процессы радиоактивного распада, приводящие к самопроизвольному превращению одних химических элементов в другие, более устойчивые в условиях земной коры. Согласно расчетам В. И. Вернадского, в современную эпоху только за счет ядерных превращений ежегодно обновляют свой химический состав 10в-101Н т вещества земной коры;

• поступление метеорного вещества в виде метеоритов и космической пыли (16 тыс. т. ежегодно);

• продолжающиеся процессы дифференциации вещества Земли, приводящие к миграции химических элементов из одной гео­сферы в другую.

+*12. Понятие о минералах. Классификация минералов. Важнейшие породообразующие минералы. Главнейшие горные породы и их разделение по условиям образования: осадочные, магматические и метаморфические. Минералы и горные породы как полезные ископаемые.

Минералами называются природные химические соединения или отдельные элементы, однородные по составу и внутреннему строению, образующиеся в результате различных физико-химических процессов, происходящих в земной коре и на ее поверхности.

В настоящее время в земной коре установлено около 3000 минеральных видов, из которых только около 70 являются распространенными, входя в состав слагающих земную кору горных пород. Эти минералы называют породообразующими.

Классификация минералов

Породообразующие минералы выучитЬ!

Тип	Класс	Подкласс	Примеры минералов
1. Простые вещества (самородные элементы)			Сера, графит, алмаз, медь, золото
2. Сернистые соединения и их аналоги	Сульфиды		Пирит, марказит, халькопирит, галенит, сфалерит
3. Галоидные соединения	Хлориды		Галит, сильвин, карналлит
	Фториды		Флюорит
4. Кислородные соединения	Оксиды и гидрооксиды		Кварц, гематит, магнетит, корунд, халцедон, опал, лимонит
	Силикаты и алюмосиликаты	Островные Кольцевые Цепочные Ленточные Слоевые (листовые) Каркасные Карбонаты	Оливин, гранат Берилл Пироксины (авгит) Амфиболы (роговая обманка) Тальк, серпентин, хлорит, слюды (мусковит, биотит), Каолинит Полевые шпаты, Нефелин Кальцит, доломит, Магнезит
		Сульфаты Фосфаты	Гипс, ангидрит, барит Апатит

Большое число известных в земной коре минералов имеет практическое значение. Минералы используются, во-первых, для извлечения из них цепных компонентов; такие минералы обычно называют рудными: галенит, халькопирит, сфалерит, магнетит, апатит и др. Во-вторых, они могут быть использованы непосредственно в виде минералов благодаря их полезным свойствам: асбест, мусковит, исландский шпат, драгоценные и поделочные камни. Наконец, многие минералы образуют горные породы, которые часто находят практическое применение.

Горными породами называются устойчивые парагенетические ассоциации минералов, образующиеся в результате различных геологических процессов и слагающие геологически самостоятельные тела в земной коре.

Главными считаются минералы, количественно преобладающие (более 5 % объема) в составе породы и определяющие ее принадлежность к определенному виду. Например, кварц, калиевый полевой шпат, кислые плагиоклазы и биотит являются главными минералами гранита, нефелин — нефелинового сиенита и т. д.

Магматические горные породы наиболее распространены в земной коре. По условиям образования магматические породы делятся на интрузивные (глубинные), сформировавшиеся при кристаллизации магмы на той или иной глубине, и эффузивные (излившиеся), возникающие при застывании лавы, излившейся на земную поверхность. По химическому составу, в качестве основного показателя которого берется содержание кремнезема (Si02), среди них выделяют: кислые, содержащие 78-64 % Si02, средние (64-53 % Si02), основные (53-42 % Si02) и ультраосновные (менее 44 % Si02 ).

Из интрузивных пород в земной коре наиболее распространены кислые, близкие по составу к гранитам, из эффузивных — основные (базальты).

Осадочные горные породы слагают только самую верхнюю оболочку земной коры — стратисферу. По условиям образования и особенностям состава среди осадочных пород выделяют три главные группы — обломочные, химико-органогенные и глинистые. Обломочные породы состоят в основном из продуктов механического разрушения ранее существовавших пород (обломков), которые могут быть сцементированы. По величине обломков они подразделяются

на грубообломочные (более 2 мм), среднеобломочные (2-0,1 мм) и мелкообломочные (0,1-0,01 мм). Химико-органогенные породы образованы продуктами химического разрушения ранее существовавших пород, а также продуктами жизнедеятельности живых организмов. По химическому и минеральному составу среди них выделяют: карбонатные, кремнистые, сульфатные, галоидные, фосфатные, железистые, углеродистые. Глинистые породы являются промежуточными по составу, включая в себя продукты как механического, так и химического разрушения исходных пород. Важнейшей их особенностью является необычайно тонкий гранулометрический состав (размер частиц менее 0,01 мм). Из всех осадочных пород глинистые пользуются наибольшим распространением в земной коре.

Метаморфические горные породы развиты в основном в пределах гранитно-метаморфической оболочки. По условиям образования, точнее по видам метаморфизма, их принято делить на породы регионального, контактового и динамо-

метаморфизма. В земной коре горные породы, как и минералы, образуют определенные сообщества друг с другом, называемые геологическими формациями. Формации могут выделяться в зависимости от происхождения

пород (магматические, осадочные, метаморфические), их петрографического состава (карбонатные, галогенные), преимущественного развития в различных структурных элементах земной коры (платформенные, подвижных поясов), а также по некоторым другим признакам.

*13. Типы земной коры: континентальная, переходная, океаническая. Астеносфера, литосфера, тектоносфера. Представления об агрегатном состоянии масс внутри Земли и предполагаемом химическом составе геосфер.

Континентальная земная кора в районах равнин имеет мощность до 40 км, под горными сооружениями — 60-70 км, причем максимальные значения выявлены под Андами и Гималаями (до 75 км). Выделяют в строении континентальной коры две части: верхнюю — осадочную — и нижнюю, сложенную магматическими и метаморфическими породами.

Океанский тип земной коры отличается от континентального по мощности и составу. Мощность ее изменяется от 5 до 12 км (6-7 км в среднем). Верхний слой морских осадков характеризуется мощностью до 1 км (скорость распространения сейсмических волн менее 3 км/с). Ниже залегает второй слой мощностью от 1 до 3 км (4-4,5 км/с). Результаты глубоководного бурения свидетельствуют о том, что он состоит из базальтов. Третий слой, еще не достигнутый бурением, имеет мощность 3-5 км (6,3-6,4 (7) км/с). Пробы, говорят о том, что сложен он основными (габбро) и частично ультраосновными (пироксениты) породами.

Литосфера — твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы. Блоки литосферы — литосферные плиты — двигаются по относительно пластичной астеносфере.

Астеносфера— слой в верхней мантии планеты (в частности, Земли). Более пластична, чем соседние слои. Это даёт возможность блокам литосферы (твёрдой оболочки планеты) двигаться по ней, а также обеспечивает изостатическое равновесие этих блоков. Астеносфера наблюдается как слой пониженной скорости сейсмических волн слой. На Земле кровля астеносферы лежит на глубинах 100–120 км под материками и 50–60 км под океанами.

Тектоносфера — это внешняя оболочка Земли, охватывающая земную кору и верхнюю мантию, основная область проявления тектонических и магматических процессов. Для тектоносферы характерна вертикальная и горизонтальная неоднородность физических свойств и состава слагающих её пород.