Земля

Исследования земных и лунных пород, а также вещества метеоритов показали, что в окружающей нас части Солнечной системы нет вещества старше 4,6 млрд лет, поэтому признано, что она (система) возникла около 5 млрд лет назад.

Современные астрономы, геологи и биологи пришли к выводу, что Земля образовалась из холодного газопылевого облака, и ее возраст составляет 4,5—5 млрд лет.
В начальный период развития наша планета была мало похожа на свое современное состояние. Столкновения частиц газопылевого облака вызвали их нагрев, после чего начали проявляться процессы гравитационной дифференциации вещества. Тяжелее элементы опустились вниз и образовали ядро Земли, а легкие — поднимались. В определенный момент размеры Земли стали таковы, что газы, выделявшиеся на поверхности из ее недр, стали удерживаться и образовали атмосферу, состоявшую в те времена из воды, аммиака, диоксида углерода и метана.
Первоначально огненно-жидкая Земля остывала, покрывалась коркой, которая коробилась по мере остывания недр и уменьшения их объема. В результате 4 млрд лет назад возникла твердая базальтовая оболочка (кора) и начался необратимый процесс ее развития. Горные породы, слагающие земную кору, образовывались в определенной последовательности, в результате чего планета приобрела сложную геологическую структуру.
До тех пор пока температура Земли не снизилась до 100 °С, вода, вероятно, находилась в парообразном состоянии. Атмосфера, видимо, была «восстановительной», что подтверждается на- ли [ием в самых древних горных породах Земли металлов в восстановленной форме, таких, как двухвалентное железо (Fe2+).
Подсчитано, что возникновение Земли из допланетного облака длилось примерно 100 млн лет. Шкалы времени
С момента образования Земля прошла необратимый путь развития и приобрела сложную геологическую структуру. Используя специальные геологические методы, ученые восстановили основные этапы эволюции Земли.
Подлинную революцию в изучении истории Земли совершила наука палеонтология (от греч. palaios — древний, ontos — сущее, logos — учение), изучающая вымерших животных и растения. Отмирая, они оставались в древних осадках, «консервировались» в них и превращались в окаменелости. Опираясь на результаты палеонтологических исследований, геологи подразделили всю толщу осадочных слоев земной коры на ряд естественных серий, каждой из которых характерен свой определенный комплекс ископаемых окаменелостей.
Для определения относительного возраста пород используют ископаемые останки не только животных, но и растений (споры, пыльцу, отпечатки листьев). Наиболее характерные ископаемые организмы для определенного отрезка геологического времени называют руководящей фауной.
Палеонтологический метод применим только к осадочным отложениям, так как в магматических и метаморфических породах ископаемые организмы не встречаются.

Кроме того, этот метод не позволяет определить продолжительность эр и периодов в годах. Для того чтобы сравнить события в биосфере с событиями за ее пределами, нужна иная шкала — астрономическая или адекватная ей, которая может использоваться в качестве абсолютной шкалы. Поэтому, спустя 100 лет после разработки палеонтологического метода, было предложено определять время в годах с момента образования породы, пользуясь радиоизотопным методом.
Радиоизотопные методы измерения промежутков времени в миллиарды лет основаны на том, что всегда и независимо от внешних условий число радиоактивных атомов (N) и масса изотопа убывают со временем по закону
Nt = N0c"°'693^ro.5,
где N0 — начальное количество изотопа; t — время процесса; Т0 5 — период полураспада.
Изотопы звездного происхождения с периодами полураспада в 105— 107 лет в земной коре до наших дней не сохранились. Они стали вновь возникать только после 1945 г. как результат ядерных взрывов и управляемых ядерных реакций.
Тем не менее в природе существуют изотопы с периодами полураспада, сравнимыми с возрастом Вселенной. К ним относятся изотопы урана, тория и калия, которые были свидетелями времен образования Солнечной системы.
Среди многочисленных методов определения «абсолютного» возраста объекта наиболее распространены свинцово-ура- ноториевый, калий-аргоновый и рубидий-стронциевый.
Так, свинцово-ураноториевый (или свинцовый) метод основан на использовании трех процессов радиоактивного распада: 2 3 8 U -gt; 20 6 Pb, 2 3 5 U -gt; 207 Pb, 232Th -gt; 208 РЬ. Измерив в ура- ноториевом минерале содержание всех шести изотопов урана, тория и свинца, можно найти пять изотопных отношений: 2 3 8 U / 2 3 5 U; 206 Pb / 2 3 8 U, 207 Pb / 2 3 5 U; 2 08 Pb / 23 2Th и 2 0 7 Pb / 2 06 Pb. Из 100 г урана за 74 млн лет образуется 1 г (1%) изотопа свинца (206РЬ), накапливающегося в минералах. Первое отношение 2 3 8 U / 2 3 5 U во всех случаях составляет 137,7, и поэтому остальные четыре отношения позволяют получить четыре оценки возраста минерала. Когда все четыре отношения дают одинаковый возраст, результат признается достоверным. Точность этого метода самая высокая и оценивается в ± 5%. Свинцовый метод применяется ограниченно, поскольку урано- ториевые минералы встречаются в природе редко.
Возраст более молодых пород (до 60 тыс. лет) определяют по содержанию радиоактивного изотопа углерода С, который образуется в высоких слоях атмосферы под действием космических нейтронов. Период полураспада 14С составляет 5730 лет. Измеряя содержание этого изотопа, можно определить, когда росло дерево, когда оно синтезировало органические соединения из атмосферного диоксида углерода.
Учет изотопов кислорода, входящих в состав СаС03, составляющего раковину моллюсков, позволяет определить даже температуру воды, в которой жил вымерший вид, и многое другое.

<< | >>

↑

Источник: Николайкин Н. И.. Экология: Учеб. для вузов. 2004

Еще по теме Земля:

- Детская психология - Общая экология - Природопользование - Социальная экология - Экологический мониторинг - Экология города и региона - Экология человека -