Формирование и эволюция Земли

Пять млрд. лет назад, материя Земли находилась в виде холодного газопылевого кольца, вращающегося вокруг протосолнца. В результате действия силы притяжения в двух местах газопылевого кольца образовались сгустки. Эти сгустки, в течение сотни миллионов лет, выросли до уровня Земли и Луны. Около 4,6 миллиардов лет назад Земля находилась в расплавленном состоянии, так как в результате сжатия она нагревалась до температуры 5000 градусов. Поэтому на поверхности Земли существовал "магматический океан". Тяжелые элементы типа железа и никеля и их соединений опускались вовнутрь Земли. Из них образовалось ядро Земли. Из относительно легких элементов и различных веществ образовалась мантия Земли. Более легкие силикатные породы выдавливались из глубины на поверхность. Из них формируется земная кора.

Около 4,2 миллиардовлет назад, Земля имела твердую оболочку – кору с толщиной от 10 км под океанами, до 70 км под горами. Средняя толщина земной коры составляет около 35 км. Температура на поверхности Земли в этот период была не ниже 130⁰С. Поэтому вся вода, т.е. десятая часть современного объема, находилась в виде паров.

Земля является открытой системой, она взаимодействует с холодным космосом. Поэтому она постепенно охлаждается. Когда температура снизилась до уровня ниже 100⁰С, начались горячие дожди. Этот процесс продолжался десятки миллионов лет. Тогда на поверхности Земли горы отсутствовали. В основном были равнины с многочисленными возвышенностями. Большие территории находились под водой, а горячие дожди смывали различные химические элементы и приводили их к водоемам. Водоемы, озера и океаны были богаты химическими элементами и различными химическими соединениями. Так образовался «первичный бульон» в первобытной Земле.

В 1908 году ирландский ученый Жорж Кювье объяснил, что источником внутриземной теплоты является распад атомов радиоактивных элементов в недрах Земли. Расчеты показали, что эта энергия достаточна для нагревания Земли, возникновения расплавленного внешнего ядра (толщина 1500 км), размягчения верхней мантии (толщина 735 км), возникновения расплавленной магмы, извержения вулканов, смещения континентов и горообразования. Нижняя мантия (толщина 2600 км) и внутреннее ядро (радиус 1500 км) являются твердыми, несмотря на высокую температуру, т.к. они испытывают на себе огромное давление.

Установлено, что горообразование имеет периодический характер, т.е. старые горы по возрасту отличаются от «новых», приблизительно на 400 миллионов лет. Исследование показали, что за 4 миллиарда лет 8 раз происходило массовое горообразование. Периоды горообразования соответствуют интервалам: 3600 – 3500; 3100 – 3000; 2600 – 2500; 2100 -2000; 1800 -1700; 1100 -1000; 650 - 550 и 250 - 150 млн. лет назад. Интервалы горообразования составляют порядка 400 – 500 млн. лет. Кроме того, эти интервалы подтверждается возрастами вынесенных из мантии пород: 2500, 2000, 1600, 1000, 600 и 250 млн. лет.

Причины этого явления ученые объясняют тем, что во внутренних частях Земли вещество находится под огромным давлением. Когда тепловое давление становится больше силы сопротивления, тогда раскаленные твердые породы расплавятся, и образуют жидкую раскаленную массу – которую называются магмой. Магма – природный огненно-жидкий расплав силикатный и других веществ, насыщенный газами, образующийся в верхней мантии или в земной коре. Магма содержит в основном следующие химические элементы: О, Si, Al, Fe, Mg, Ca, K, CO₂, H₂O, H₂, F.

Магма поднимается на поверхность мантии как огненный очаг в виде расплава и паров различных веществ. Земная кора задерживает их, т.к. обладает низкой теплопроводностью. Поэтому энергия накапливается под плитами постепенно, в течение около 400 миллионов лет, затем эта энергия порождает вулканические процессы. Магма прорывается на поверхность Земли через разломы между плитами, образуя цепочку вулканов, или находя слабое место в плитах, и через него прорывается. Продолжительностьмассового вулканизма и горообразования каждый раз составляло около 100 миллионов лет, затем наступил период относительного затишья. Привулканических процессах вырывались наружу не только, силикатсодержащие вещества, а также пары воды и различные газы.

Ученные считают, что вулканические столбы являются огромным природным химическим реактором, который синтезирует различные химические вещества.

Палеонтологические и географические данные показывают, что климат на поверхности Земли медленно меняется. Когда-то Антарктида была вечнозеленой.Об этом свидетельствуют залежи каменного угля, найденного там. Торф под высокой температурой и высоким давлением превращается в каменный уголь. Когда-то в Гренландии расцветали каштаны. Гренландия была покрыта теплолюбивыми растениями. Северная Россия была покрыта густым лесом. Это было около 220 миллионов лет назад. Обширные территории Сибири и Урала находилась под теплой морской водой. Об этом свидетельствуют многочисленные останки морских животных, найденные в осадочных горных породах Урала, а также богатые месторождения нефти и газа в Тюмени, Ханты-мансийском автономном округе и на севере Российской Федерации.

Причину изменения климата Земли наука объясняет тем, что ось вращения Земли совершает процессию. Период процессии равен 26 тысячам лет. Следовательно, каждые 13 тысяч лет ось Земли принимает противоположное положение, при этом зима и лето на поверхности Земли меняют свои места.

Характеристики планеты - Земли

В глубине Земли температура и давление возрастают. Температура зависит от концентрации радиоактивных веществ, а давление зависит от плотности слоев Земли. В среднем, в каждом км температура растет на 0,66 градус. Теоретические расчеты показывают, что до глубины 20 км температура возрастает на 3 градус/км, затем снижается. Бурение Земли показало, что до 3 км на каждые 100 м, температура возрастает на 1 градус. Считают, что на глубине 2900 км температура достигает 3000, а в центре Земли 4200 градусов Цельсия.

Кроме радиоактивных элементов, другим источником земной теплоты являются гравитационная дифференциация вещества и трения, происходящие под воздействием силы притяжения Луны. Расчеты показывают, что количество теплоты, выделяющейся при этих процессах, составляет 1/5 частей количества теплоты при радиоактивных распадах.

В земной коре из 114 химических элементов встречаются 89, больше всего оксиген, силиций и алюминий. Они составляют около 80% массы земной коры. Десять элементов: О – 47,0%; Si – 29,1%; Al – 8,0%; Fe – 4,5%; Ca – 2,9%; Na – 2,5%; K – 2,5%; Mg – 1,9%; Ti – 0,5% b Mn – 0,1% составляют 99%, а остальные 79 элементов всего 1% массы земной коры. Считают, что ядро Земли состоит в основном из 90,78% железа, 8,59% никеля и 0,63% кобальта.

Расстояние от Земли до Солнца составляет 150 млн. км, площадь поверхности - 510 млн. км², площадь суши - 150 млн. км², длина экваториального радиуса - 6378 км, длина полярного радиуса - 6357 км, средний радиус R_З=6371 км, масса - 6ּ10²⁴ кг, толщина атмосферы - 1300 км, средняя плотность - 5,55 г/см³, среднее ускорение свободного падения - 9,81 м/с², скорость движения Земли вокруг Солнца - 30 км/с, наклон оси вращения на плоскости эклиптики - 67⁰. Возрастом Земли и Луны равен 4,6 млрд. лет. Длина экватора равна 40075 км, а длина меридиана - 40008 км. Вес атмосферы составляет 5,27ּ10¹⁸ кг, а его молекулярная масса - 28,8ּ10^-3 кг/моль. Около 50% атмосферы приходится на высоту 5 км, 75% достигает 10 км, а 90% - до 16 км. Количество энергии, поступающей от Солнца равна 1,7ּ10¹⁷ Дж/с. Радиоактивный распад выделяет энергию около 5ּ10²⁰ кал/год, а Земля излучает в космос 1,9ּ10²⁰ кал/год энергии.

Притяжение Луны замедляет вращение Земли вокруг оси и удлиняет протяженность суток. Удлинение суток составляет 0,002с за столетие. Этот факт был доказан учеными по наличию рубцов на теле кораллов. Прирост кораллов ежегодно проявляется по полоске, подобной кольцу на срезе. Изучая кораллы возрастом в 400 млн. лет, ученые выяснили, что при их появлении год имел протяженность около 400 суток, а сутки состояли из 22 часов. По окаменелым формам древних организмов установили, что 2 млрд. лет назад сутки продолжались всего 10 часов.

Зимой температура на экваторе в среднем равна +26 градусам, а на полюсе -34 градусам, разница в зимний период составляет 60 градусов, а в летний период составляет 26 градусов. Эти разницы определяют скорость циркуляции атмосферы. Они зимой интенсивнее, чем летом, и влияют на формирование погоды Земли.

В 1902 году ученый С. Аррениус рассчитал, что если количество СО₂ в атмосфере увеличивается в 3 раза, то средняя температура Земли возрастает на 9 градусов. Луна находится от Земли на расстоянии 60R_З. Масса Земли больше массы Луны в 81 раза. Масса Земли в 333 раза меньше массой Солнца.