Тема 10.

Науки о Земле. Геосферные оболочки Земли

Все науки о Земле имеют корень «гео», что по-гречески означает

Земля. Наша планета имеет радиус 6,3 тыс. км, плотность 5,5 г/см³,

скорость ее вращения вокруг Солнца – 30 км/сек.

География изучает поверхность Земли (ландшафт), ее водную

(гидросфера) и газовую (атмосфера) оболочки.

Геология (общая) изучает твердую оболочку Земли (литосфера) и

строение Земли. Прикладная геология занимается поисками полез-

ных ископаемых – основных ресурсов Земли.

Ресурсы – это тела и силы природы, необходимые человеку для

жизни и хозяйственной деятельности. Они подразделяются на прак-

тически неисчерпаемые (солнечная энергия, термальное тепло,

энергия ветра, приливов и отливов) и исчерпаемые, которые в свою

очередь делятся на невозобновляемые (руды металлов, благородные

металлы, горючие полезные ископаемые – уголь, нефть, газ – и

строительные материалы) и возобновляемые (растительный и жи-

вотный мир, человек, вода и воздух). Прикладная геология в основ-

ном занята поисками невозобновляемых ресурсов.

Геологическое строение Земли

Как уже было сказано, твердая оболочка Земли называется лито-

сферой (или земной корой). Рассмотрим разрез земной коры. Протя-

женность литосферы (в глубину) составляет 10–80 км. Ее верхний

слой толщиной всего несколько метров называется почвой, но этот

тончайший слой кормит все человечество, домашний скот и диких

Концепции современного естествознания

39

животных. Учение о почвах создал в XIX веке русский ученый В.В.

Докучаев, учитель другого выдающегося русского ученого В.И. Вер-

надского (о нем будет сказано далее). Согласно этому учению, почва

состоит из 4-х компонентов: гумуса (перегноя, останков живых орга-

низмов, живших на Земле сотни и тысячи лет назад), осадочных по-

род, воды и воздуха. Чем больше в почве гумуса, тем она плодород-

нее.

Следующий слой – осадочные породы. Главным образом это гли-

ны, песчаники и известняки. Глины и песчаники в основном состоят

из диоксида кремния и по существу различаются только размером

частиц: глины имеют тонкодисперсную (порошкообразную) структу-

ру, тогда как песчаники состоят из довольно крупных частиц. Из-

вестняки (а это также мел и мрамор) имеют в своем составе главным

образом карбонат кальция. Разумеется, это грубая классификация

осадочных пород, геологи в зависимости от процентного содержания

разных компонентов выделяют до 20 их типов. Большинство осадоч-

ных пород имеет биогенное происхождение, т.е. это останки живых

организмов, живших на Земле миллионы лет назад.

Далее вглубь следуют магматические породы, из которых состояла

первозданная Земля до появления гидросферы и биосферы. Это гра-

ниты, базальты и туфы. На этом литосфера кончается.

Дальше простирается горячая полужидкая оболочка Земли – ман-

тия, состоящая в основном из расплавленных магматических пород.

Иногда она дает знать о своем существовании при извержениях вул-

канов, когда потоки раскаленной магмы стекают вниз по склонам,

уничтожая все живое на своем пути и напоминая человечеству о том,

что, несмотря на свое кажущееся всемогущество, люди еще очень

беззащитны перед стихией. Толщину мантии оценивают примерно в

2900 км, а ее температуру – около 2000 К.

Наконец, в центре Земли находится ядро, состоящее в основном из

железа, обуславливающего магнитное поле Земли, с изрядной при-

месью серы (недаром извержения вулканов сопровождаются обиль-

ными выбросами сернистого газа – диоксида серы). Про состояние

ядра и его температуру известно довольно мало, и здесь мнения уче-

ных расходятся: одни считают земное ядро холодным и твердым,

другие – горячим и расплавленным. В начале ХХ века ирландский

ученый Д. Джоли предположил, что земные недра разогреваются за

счет тепла, испускаемого радиоактивными элементами при их рас-

паде. В 1909 году русский ученый В.И. Вернадский основал геохи-

Разумова Е.Р.

40

мию – науку об истории атомов Земли, их физико-химической эво-

люции и распределении в земных недрах.

Геохронологическая шкала

Далее целесообразно привести геохронологическую шкалу, т.е.

рассказать о геологической истории нашей планеты и о ее отдельных

этапах (эрах). Согласно данным о периодах полураспада радиоак-

тивных химических элементов, возраст Земли оценивается примерно

4, 5 млрд лет (это начало архейской эры). Она продолжалась до 2,6

млрд лет. Итак,

4,5 млрд лет – 2,6 млрд лет – архейская эра.

2,6 млрд лет – 600 млн лет – протерозойская эра (ранняя жизнь).

600 млн лет – 200 млн лет – палеозойская эра (древняя жизнь).

200 млн лет – 70 млн лет – мезозойская эра (средняя жизнь).

От 70 млн лет назад – кайнозойская эра (современная жизнь).

В архее первый миллиард лет шла химическая эволюция: образо-

вывались тяжелые химические элементы и благодаря вращению

Земли проникали все глубже и глубже в земную кору, легкие же ос-

тавались вблизи поверхности. Далее в архее произошло важное со-

бытие в геологической истории Земли: 3,5 млрд лет назад в водной

среде на ней зародилась органическая жизнь (об этом будет подробно

рассказано в биологическом блоке). Поэтому в названиях всех после-

дующих геологических эпох присутствует корень «зой», что по-

гречески означает «жизнь».

В протерозое жизнь продолжает развиваться в воде, происходит

разделение на растительный и животный миры. Растения представ-

лены водорослями, животные – разнообразными беспозвоночными.

Благодаря жизнедеятельности растений сначала в воде, а затем и в

атмосфере начинает скапливаться свободный кислород.

В палеозое жизнь выходит на сушу – сначала растения, затем жи-

вотные, которые представлены многообразными земноводными, а

растения – споровыми, гигантскими древовидными папоротниками.

При последующем вымирании и захоронении эти гиганты образова-

ли месторождения угля.

В мезозойскую геологическую эру среди растений преобладают го-

лосеменные (хвойные), а животные представлены разнообразными

рептилиями (пресмыкающимися): на суше это динозавры, причем

среди них появляются зверозубые, т.е. хищные; в воде это ихтиозав-

Концепции современного естествознания

41

ры, в воздухе – птеродактили и археоптериксы – промежуточная

форма между летающими рептилиями и современными птицами.

Вымирая, живые организмы мезозойской эры после захоронения об-

разовали месторождения нефти и природного горючего газа: боль-

шинство этих месторождений приурочено к мезозойским отложени-

ям.

Некоторые геологи и астрономы выдвинули гипотезу о том, что в

конце мезозоя – начале кайнозоя Земля претерпела космическую

катастрофу: произошло столкновение с каким-то космическим телом.

Удар был столь силен, что земная ось, которая была до этого перпен-

дикулярна плоскости эклиптики, наклонилась, началась смена вре-

мен года, которая до того отсутствовала, климат Земли сильно похо-

лодал, а полюса покрылись ледяными шапками. Многие огромные

рептилии мезозойской эры вымерли.

Кайнозойская геологическая эра началась примерно 70 млн лет

назад. Растительный и животный мир к этому времени приняли со-

временный облик: среди животных стали преобладать млекопитаю-

щие, среди растений – покрытосеменные (цветковые).

Гипотеза тектоники литосферных плит

и происхождения континентов

В 1915 г. немецкий геофизик А. Вегенер предположил, исходя из

очертаний континентов, что начиная с архейской до конца мезозой-

ской эры существовал единый массив суши, названный им Пангеей

(по-гречески – вся земля); в конце мезозойской и в кайнозойскую эру

Пангея раскололась на две части: северный материк Лавразию и

южный – Гондвану. Далее, уже в кайнозойскую эру Гондвана разде-

лилась на Африку, Южную Америку, Австралию и Антарктиду, а

Лавразия – на Евразию и Северную Америку. Примерно 40 млн лет

назад Индостан, который тогда был не полуостровом, а островом,

столкнулся с Евразийским материком, в результате чего появились

Тибет и Гималаи – самые молодые горы на Земле. Так появилась

гипотеза тектоники литосферных плит, плавающих в мантии, на ко-

торых расположены континенты. Веским аргументом в пользу этой

гипотезы стало экспериментально обнаруженное в конце 50-х годов

ХХ века расширение дна океанов. Эту гипотезу подтверждают и био-

логические данные о распространении животных на нашей планете.

Ныне гипотеза дрейфа континентов, ставшая уже теорией, является

общепризнанной в геологии.

Разумова Е.Р.

42

Водная оболочка Земли (гидросфера)

Гидросфера образовалась, когда температура над поверхностью

твердой земной оболочки упала ниже 100 градусов по Цельсию, и на

Землю полились горячие ливни из сконденсировавшихся паров во-

ды, которых было немало в первозданной атмосфере Земли. Гидро-

сфера состоит из Мирового океана (в нем находится 97% всех земных

запасов воды) и пресноводных источников (всего 3%), куда входят

поверхностные воды суши (реки, озера, ручьи, болота), ледники и

подземные воды. Средняя глубина Мирового океана составляет око-

ло 3-х км, самая глубокая впадина – Марианская – около 12 км. Ис-

следованию Мирового океана посвятил свою долгую жизнь выдаю-

щийся французский ученый, изобретатель акваланга Ж.И. Кусто.

Уже в конце ХХ века на Земле ощущался дефицит пресной воды,

необходимой человечеству для жизни и хозяйственной деятельности,

с течением времени этот дефицит будет только возрастать. Примеры

различных проектов решения вопроса о пресной воде. Экологические

проблемы Мирового океана будут рассмотрены в блоке «биология».

Газовая оболочка Земли (атмосфера)

Ближайшая в поверхности Земли часть атмосферы называется

тропосферой и простирается до высот 9–17 км. Ее часто называют

«фабрикой погоды», и она имеет следующий газовый состав: азот

(79%), кислород (20%), на все остальные газы (углекислый газ, пары

воды, инертные газы) приходится 1% . Такой состав газовая оболочка

Земли имела не всегда: предполагают, что в архее в атмосфере пер-

возданной Земли имелись кроме азота метан, аммиак, водород и

много паров воды. Важно подчеркнуть, что свободного кислорода не

было, т.е. среда была восстановительной, именно в ней и зародилась

жизнь. В середине ХХ века американцы С. Миллер и Г. Юри взяли

смесь перечисленных газов и пропустили через нее искровые элек-

трические разряды (грозы на первозданной Земле были весьма час-

тым явлением). В числе продуктов этой реакции С. Миллер Г. Юри

обнаружили аминокислоты, основные составные части белков. К ре-

зультатам опыта С. Миллера мы еще вернемся в блоке «биология».

Выше тропосферы находится стратосфера (примерно до 50 км), га-

зовый состав ее тот же, но газы сильно разрежены. В стратосфере

находится озоновый слой (или экран) Земли. Молекула озона явля-

ется модификацией химического элемента кислорода и состоит не из

двух, как молекула кислорода, а из трех атомов, этот газ очень неус-

Концепции современного естествознания

43

тойчив и при обычных условиях быстро превращается в кислород.

Толщина озонового слоя – не более километра, но он, в отличие от

кислорода, поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение, предо-

храняя от его губительного воздействия живые организмы Земли.

Выше стратосферы расположена ионосфера, состоящая из заря-

женных под действием солнечного излучения частиц, а далее – зона

рассеивания (800–1000 км над поверхностью Земли).

Таким образом, наша планета имеет три геосферных оболочки: ли-

тосферу, атмосферу и гидросферу. В ХХ веке была обнаружена под-

вижность континентов, которые плавают в мантии. Это открытие

сыграло не только познавательную, но практическую роль: в местах

тектонических разломов есть вероятность обнаружить полезные ис-

копаемые.

Контрольные вопросы по Теме 10:

1. Что такое литосфера, какова ее экологическая роль?

2. Что такое «Гондвана»?

3. Каково геологическое строение Земного шара?

Литература: 1, 2, 23.