Еволюція Землі

Еволюція Землі

Питання ранньої еволюції Землі тісно пов'язаний з теорією її походження. Сьогодні відомо, що наша планета утворилася близько 4,5 млрд. років тому. У процесі формування Землі з частинок протопланетного хмари поступово збільшувалася її маса. Росли сили тяжіння, а отже, і швидкості частинок, що падали на планету. Кінетична енергія часток перетворювалася в тепло, і Земля все сильніше розігрівалася. При ударах на ній виникали кратери, причому викидається з них речовина вже не могло подолати земного тяжіння й падало назад.

Чим крупніше були падали об'єкти, тим сильніше вони нагрівали Землю. Енергія удару звільнялася не на поверхні, а на глибині, рівній приблизно двом поперечникам внедрившегося тіла. А так як основна маса на цьому етапі поставлялася планеті тілами розміром у кілька сот кілометрів, то енергія виділялася в шарі товщиною порядку 1000 км. Вона не встигала випроменить в простір, залишаючись у надрах Землі. У результаті температура на глибинах 100-1000 км могла наблизиться до точки плавлення. Додаткове підвищення температури, імовірно, викликав розпад короткоживучих радіоактивних ізотопів.

Мабуть, перші виникли розплави являли собою суміш рідких заліза, нікелю й сірки. Розплав накопичувався, а потім внаслідок більш високої щільності просочувався вниз, поступово формуючи земне ядро. Таким чином, диференціація (розшарування) речовини Землі могла початися ще на стадії її формування. Ударна переробка поверхні і почалася конвекція, безсумнівно, перешкоджали цьому процесу. Але певна частина більш важкого речовини все ж встигала опуститься під перемішується шар. У свою чергу диференціація по щільності припиняла конвекцію і супроводжувалася додатковим виділенням тепла, прискорюючи процес формування різних зон в Землі.

Імовірно ядро утворилося за кілька сот мільйонів років. При поступовому остиганні планети багатий нікелем железонікелевих сплав, що має високу температуру плавлення, почав кристалізуються - так (можливо) зародилося тверде внутрішнє ядро. До теперішнього часу воно становить 1,7% маси Землі. У розплавленому зовнішньому ядрі зосереджено близько 30% земної маси.

Розвиток інших оболонок тривало набагато довше й у деякому відношенні не закінчилося до цих пір.

Літосфера відразу після свого утворення мала невелику товщину і була дуже нестійкою. Вона знову поглиналася мантією, руйнувалася в епоху так званої великої бомбардування (від 4,2 до 3,9 млрд. років тому), коли Земля, як і Місяць, піддавалася ударам дуже великих і досить численних метеоритів. На Місяці й сьогодні можна побачити свідоцтва метеоритного бомбардування - численні кратери і моря (області, заповнені вилила магмою). На нашій планеті активні тектонічні процеси і вплив атмосфери і гідросфери практично стерли сліди цього періоду.

Близько 3,8 млрд. років тому склалася перша легка і, отже, «непотоплювана» гранітна кора. У той час планета вже мала повітряну оболонку й океани; необхідні для їх утворення гази посилено поставлялися з надр Землі в попередній період. Атмосфера тоді складалася в основному з вуглекислого газу, азоту і водяної пари. Кисню в ній було мало, але він вироблявся в результаті, по-перше, фотохімічної дисоціації води і, по-друге, фотосинтезуючої діяльності простих організмів, таких як синьо-зелені водорості.

600 млн. років тому на Землі було кілька рухливих континентальних плит, досить схожих на сучасні. Новий сверхматерик Пангея з'явився значно пізніше. Він існував 300-200 млн. років тому, а потім розпався на частини, які й сформували нинішні материки.

Що чекає Землю в майбутньому? На це питання можна відповісти лише з великим ступенем невизначеності, абстрагуючись як від можливого зовнішнього, космічного впливу, так і від діяльності людства, що перетворює навколишнє середовище, причому не завжди в кращу сторону.

Зрештою надра Землі охолонуть до такої міри, що конвекція в мантії і, отже, рух материків (а значить і горотворення, виверження вулканів, землетруси) поступово ослабнуть і припиняться. Вивітрювання згодом зітре нерівності земної кори, і поверхня планети зникне під водою. Подальша її доля буде визначатися середньорічною температурою. Якщо вона значно понизиться, то океан змерзне й Земля покриється крижаною кіркою. Якщо ж температура підвищиться (а швидше за все саме до цього і призведе зростаюча світність Сонця), то вода випарується, оголивши рівну поверхню планети. Очевидно, ні в тому, ні в іншому випадку життя людства на Землі буде вже неможлива, принаймні в нашому сучасному уявленні про неї.

Результат еволюції

У процесі еволюції виникли атмосфера і гідросфера Землі.

Атмосфера Землі: в даний час Земля має атмосферу масою приблизно 5,15 * 1018 кг, тобто менше мільйонної частки маси планети. Поблизу поверхні вона містить 78,08% азоту, 20,95% кисню, 0,94% інертних газів, 0,03% вуглекислого газу і в незначних кількостях інші гази. Тиск і щільність в атмосфері убувають з висотою. Половина повітря міститься в нижніх 5,6 км, а майже вся друга половина зосереджена до висоти 11,3 км. На висоті 95 км густина повітря в мільйон разів нижче, ніж у поверхні. На цьому рівні і хімічний склад атмосфери вже іншою. Зростає частка легких газів, і переважаючими стають водень і гелій. Частина молекул розкладається на іони, утворюючи іоносферу. Вище 1000 км знаходяться радіаційні пояси. Їх теж можна розглядати як частину атмосфери, заповнену дуже енергійними ядрами атомів водню і електронами, захопленими магнітним полем планети.

Гідросфера Землі: вода покриває понад 70% поверхні земної кулі, а середня глибина Світового океану близько 4 км. Маса гідросфери приблизно 1,46 * 1021 кг. Це в 275 разів більше маси атмосфери, але лише 1 / 4000 від маси всієї Землі. Гідросферу на 94% становлять води Світового океану, у яких розчинені солі (у середньому 3,5%), а також ряд газів. Верхній шар океану містить 140 трлн. тонн вуглекислого газу, а розчиненого кисню - 8 трлн. тонн.

Основні події в розвитку Землі в MZ і KZ

Мезозойський етап розвитку

Кайнозойський етап розвитку

Основні закономірності геологічного розвитку Землі

Корисні копалини

Мезозойський етап історії Землі охоплює мезозойську еру тривалістю 170 ± 10 млн. років, яка у свою чергу підрозділяється на тріасовий, юрський і крейдової періоди.

Згадаймо, чим завершився Палеозойський етап в історії Землі.

У результаті герцинського етапу складчастості завершився геосинклінальний цикл розвитку Урало-Монгольського (Урал), Атлантичного (Аппалачі), Арктичного (Іннуітская) поясів і окремих частин Тихоокеанського (В. Австралія) і Палеотетіса (західна частина). У результаті сформувався суперматерик-Пангея-2. Відбувається вимирання майже всіх найдавніших тварин - керівних форм палеозою.

У мезозої відбувається відновлення органічного світу, який є проміжним між палеозоем і кайнозою. Мезозой - це ера рептилій і молюсків, в юрі з'являються стародавні птахи, а в крейді - розквіт форамініфер і динозаврів. У тріасі з'являються перші ссавці. Для рослин - це розквіт голонасінних, а в крейдяний період - поява покритонасінних.

Особливості накопичення опадів

Для тріасу типові континентальні червоноколірні товщі та кори вивітрювання. Морські опади локалізувалися в геосинклінальних областях. У широких масштабах проявився траповий магматизм на платформах - Сибірської, Ю.-Американської та на півдні Африканської. Виділяють три типи - експлозівний, лавовий і інтрузивний (силли).

У Юрі опади більш різноманітні. Серед морських - кременисті, карбонатні, глинисті і глауконітового пісковики; континентальних - переважають відкладення кори вивітрювання, а в лагунах формуються вугленосні товщі. Магматизм проявився в геосинклінальних областях - Кордильєри і Верхояно-Чукотської, а траповий - на платформах - Ю. Американської та Африканської.

Особливістю крейдяних відкладень є максимальне накопичення писального крейди (складається з форамініфер і залишків панцирів водоростей кокколітофорид).

Палеогеографія мезозою

З утворенням суперматерик Пангея-2 пов'язана найбільша регресія моря в історії Землі. Лише невеликі ділянки, прилеглі до геосинклінальним поясів покривалися неглибокими морями (області, прилеглі до Кордильерам і Верхояно-Чукотської геосинкліналі). Герцинськие складчасті пояса представляли області розчленованого рельєфу.

Клімат тріасу - арідний континентальний, лише в приморських областях (Колима, Сахалін, Камчатка та ін) - помірний. У кінці тріасу починається трансгресія моря, яка широко проявилася у пізньому Юрі. Море поширювалося в західну частину Північно-Американської платформи, майже на всю В.-Європейську платформу, в північно-західній і східній частинах Сибірської платформи. Максимальна трансгресія моря проявилася у верхньому Мелу. Для клімату цих періодів характерне чергування вологого тропічного і сухого аридного.

Будова Земної кори в мезозої

Для мезозою характерно прояв перебудови Земної кори в один тектонічний етап - Кіммерійський.

У кінці тріасу починається розкол суперматерик Пангея-2. Група платформ північної півкулі відходить від Гондвани і відбувається нове закладення геосинклінального поясу на місці Палеотетіса.

На рубежі тріасу і Юри починається розкол континенту Лаврентій на Півн.-Американську і В.-Європейську платформи. Він починається з процесу закладення рифтової зони в Північній Атлантиці, що з кінця Юри поширюється на Центральну і Південну Атлантику. Морський басейн почав формуватися з ранньої Юри в Північній Атлантиці, а в кінці раннього Мела практично сформувалася система Атлантичного океану. Паралельно йшло формування Індійського океану, а все це разом знаменує розкол Гондвани. З кінця Юри починається відокремлення Африканської платформи, від якої потім відокремилися Індостанська і Австралійська платформи.

Геосинклінальний режим існував в Тихоокеанському поясі і представлений Верхояно-Чукотської і кордильерского геосінкліналямі. Особливість їх формування - це положення по околицях платформ, накопичення потужної товщі флішові відкладень. Завершення геосинклінального етапу супроводжувалося впровадженням гранітів і складкоутворення. Після горотворення геосинклінальний режим у цих частинах Тихоокеанського поясу зберігається, тільки область його розвитку зміщується у бік океанської плити.

По-іншому відбувався розвиток Середземноморського геосинклінального пояса, у якому виділяють Альпійсько-Гімалайський, тибетської-Індостанської і Індонезійську області. Кожна з них характеризується своїми особливостями розвитку.

Альпійська область поділялась на три широтні зони - дві зовнішні з міогеосинклінальниє типом розрізу і одну внутрішню - евгеосінклінальную, яка в свою чергу поділялась на систему глибоководних прогинів з ультраосновних магматизмом і систему піднять. На рубежі Юри і Мела горотворні руху проявилися в східній частині (Кавказ, Іран, Афганістан) і супроводжувалися впровадженням гранітної магми.

У тибетській-Індостанської області геосинклінальний режим в тріасі і юре був продовженням Пізньопалеозойський, тобто тут відбувалися завершальні етапи геосинклінального розвитку, які в кіммерійський тектонічний етап завершилися формуванням складчастості, і згодом розвивалися як молоді платформи.

У мезозої області прояву герцинської і Каледонії складчастості вступили в платформний етап розвитку - гірські системи інтенсивно руйнувалися і постачали уламковий матеріал в крайові прогини, міжгірські западини і платформенний чохол. Для Урало-Монгольського пояси - це Передуральський крайовий прогин, Тимано-Печерська, Західно-Сибірська і Туранська плити.

На древніх платформах поряд з формуванням осадового чохла відбуваються брилові руху або епіплатформенний орогенез. Особливо потужно він проявився на Північно-Американської платформі з утворенням Скелястих гір. На Сибірської і Африканської платформах потужно проявився траповий магматизм, з утворенням Сіллах і кімберлітових трубок.

До кінця крейдяного періоду відбувається новий розкол Гондвани - Австралія разом з Антарктидою переміщалася на південь, Африка рухалася на північ, Ю.-Америка почала рух на захід, хоча ще й не повністю відкололася від Африки.

Починається верхньокрейдових велика трансгресія моря. На рубежі мезозою і кайнозою вимирають рептилії, амоніти і багато інших видів тварин. Існує багато гіпотез, що пояснюють це явище, але якийсь ясності поки немає.

У Кіммерійський (Мz) етап розвитку Земної кори - різноманітність корисних копалин різного генезису. На платформах формуються:

вугленосні товщі (Сибір, Китай, Австралія);

епоха оолітових Fe руд (Зап. Сибір, Німеччина, Франція);

боксити (Урал, Сибір, Ср. Азія, Франція, Іспанія та ін);

фосфорити (пояс від Марокко до Сирії);

солі Туркменії і Півн. Америки.

З трапових магматизмом пов'язані:

Cu-Ni родовища Норільській групи,

алмази в кімберлітах Африки, Якутії.

У геосинклінальних складчастих областях з гранітними інтрузіями пов'язані численні родовища Sn, W, Mo, Cu, Pb, Au, Sb, Пн. Америки, Китаю, Індонезії, Примор'я.

Особливість мезозою - формування потужних товщ писального крейди

Нафта і газ утворюють великі родовища в Зап. Сибіру, Саудівській Аравії, Кувейті, Ірані, Лівії та ін

Кайнозойський етап історії Землі охоплює кайнозойську еру тривалістю ~ 65 млн. років і підрозділяється на три періоди - палеогеновий, неогеновий і четвертинний (або антропогенового)

Особливості органічного світу кайнозою.

1. Оновлюється фауна морів - з'являються і широко поширюються нові види найпростіших (нуммулитов), двостулкових і черевоногих молюсків, це розквіт шестипроменева коралів, морських їжаків і лілій; костистих і хрящових риб (акули). З ссавців - кити, тюлені, дельфіни. Від рептилій в кайнозої збереглися черепахи, крокодили, змії та ящірки.

На суші панівні позиції у ссавців і птахів. В кінці палеогену з'являються стародавні мавпи, в кінці четвертинного періоду - людина розумна.

З середини неогену встановлюється панування покритонасінних рослин.

2. Представники органічного світу починають відокремлюватися по провінціях. Це пов'язано з поділом і переміщенням окремих континентів, встановленням кліматичної зональності та ін чинниками.

Палеогеографічні особливості

1. У палеогені відбувається остання велика трансгресія моря. Вона була за охопленням території менше верхньокрейдяними і поширювалася на ділянки материків, прилеглих до Середземноморського геосинклінальному поясу і на Західно-Сибірську плиту. Кліматична зональність була зміщена на північ - тропіки доходили до Гренландії.

2. З кінця палеогену починається регресія моря, відбувається поступове зміщення кліматичних поясів на південь. Починається похолодання і посилюється контрастність клімату.

3. У антропогені виникають центри заледеніння - великі території Півн.-Америки, Європи, Азії, Антарктиди покриваються товщею материкового льоду. Виділяють кілька епох заледеніння, серед яких максимальним за площею було Дніпровське в Європі. Крім впливу на клімат, заледеніння зіграли важливу роль у формуванні рельєфу і осадконакоплении.

Особливості накопичення опадів

1. Різноманіття фаціальних обстановок відбилося в різноманітті типів опадів.

У геосинклінальних областях осадові породи флішеві формації досягають величезної потужності ~ 20 км. На платформах широко розвинені озерні, річкові, еолові та інші континентальні опади. У зв'язку з заледенінням широке поширення одержали різні типи моренних, озерно-льодовикових і лесових відкладів.

2. Прояв андезітобазальтового вулканізму, пов'язаного з розвитком рифтових поясів на платформах (Африканський, Байкальський та ін)

Будова Земної кори пов'язане з проявом Альпійського етапу складчастості в неогені. Сформувалися складчасті споруди Альпійсько-Гімалайського пояса, береговій частині Кордильєр і Анд. Їх супроводжувала формування передгірних прогинів - предкавказские, Передкарпатського і Мессопотамского.

У західній частині Тихоокеанського поясу (Камчатка та ін області) триває геосинклінальная стадія розвитку.

На рубежі крейди і палеогену відбувається остаточний розкол Гондвани - Австралія відокремлюється від Антарктиди, Африка і Південна Америка розходяться остаточно. Північно-Американська підходить до Сибірської в районі Берингова моря.

На молодих та древніх платформах в неогені відбуваються колосальні процеси епіплатформенного орогенезу. Вони супроводжуються брилові підняттями ділянок, які визначили формування сучасного рельєфу.

Кайнозойський етап у формуванні корисних копалин - на тлі розмаїття сформувалися родовищ слід виділити:

кори вивітрювання Fe, Mn, Ni, Co і бокситів;

осадові руди Fe і Mn (Керченське, Чіатурського та ін);

1 / 3 світових запасів нафти (Кувейт, Кавказ, Туркменія, Іран, Ірак, Саудівська Аравія, Каспій);

четвертинні розсипи Au, Pt, Sn, алмазів та інших

З альпійської складчастістю пов'язані своєрідні золотосрібне родовища.

Основні закономірності геологічного розвитку Землі

1. Циклічність (періодичність) геологічних процесів.

Вона полягає в тому, що геологічні явища і процеси, змінюючи один одного в часі, утворюють ланцюг подій, в якій кожна ланка - це є завершений цикл. Наприклад, глобальний цикл - формування суперматерик Пангея і його розкол. Таких циклів в історії земної кори було 2, зараз протікає третій.

У свою чергу кожен з таких глобальних циклів складається з декількох тектонічних циклів (або етапів) розвитку земної кори. Початок кожного етапу - закладення геосинклінальних рухомих поясів, їх інтенсивне прогинання, в яке залучаються сусідні платформи. Починається морська трансгресія. Інверсія в геосинклінальних поясах супроводжується складкоутворення, піднімання земної кори і горотворенням. У цей процес втягуються сусідні ділянки платформи - починається регресія моря. Кожен тектонічний етап завершується збільшенням обсягу континентальної земної кори і збільшенням обсягу платформних ділянок земної кори.

2. Спрямованість геологічного розвитку

а. Найбільш наочно ця закономірність простежується в розвитку континентальної кори. Від давніх етапів до більш молодим і сучасним ми відзначаємо скорочення кількості геосинклінальних поясів. А в міру припинення геосинклінального режиму складчаста область приєднується до більш давньої платформі, тим самим, збільшуючи її площа і об'єм континентальної кори.

б. Спрямованість процесу формування геосинкліналей в різні геотектонічні етапи. Вона полягає в закономірному прояві кожного етапу і стадії і відповідних кожному етапу набору геологічних формацій.

в. Еволюція органічного світу - яскравий приклад спрямованості розвитку від примітивних організмів до найбільш високо організованим - вінець людина розумна.

р. Скорочення тривалості тектонічних етапів - якщо Докембрійський етап тривав млрд. років, то до Mz трохи більше 100 млн. років

Корисні копалини

Формування корисних копалин в Земній корі проходило в усі геотектонічні епохи.

Докембрійський етап. Освіта корисних копалин пов'язано з грандіозними за масштабами процесами магматизму і метаморфізму.

Величезні запаси Fe руд зосереджені в залізистих кварцитах (джеспілітів). Це - КМА, Кривий Ріг, Канада і т.д.

З метаморфічними комплексами порід пов'язані родовища слюд (мусковіту і флогопіту) в Карелії, Сибіру, Індії, Бразилії.

З інтрузіями ультраосновного та основного складів пов'язано утворення родовищ Платини, хромітів в Ю. Африці (Бушвельдскій і Велика Дайка), Cu-Ni - Печенга, Мончегорськ, Ю. Африка, С. Америка

З осадовими породами формувалися родовища:

осадових Fe руд (Бакальська група, Ю. Якутія та ін),

мідистих пісковиків (Удокан, Ю. Африка),

Au-конгломераов з U - Вітватерсранд, Блайнд-Рівер (Канада),

Mn руди - ПАР, Гана, Індія

Нафтоносні горизонти Лено-Тунгуської западини - найдавніші вендського віку.

Каледонский етап - основна частина корисних копалин формувалася з осадовим чохлом платформ. Виділяють епохи:

накопичення фосфоритів в ранньому кембрії СР Азія, Китай, Прибалтика, В'єтнам),

накопичення солей - Іркутська обл., Мічиган (США),

формування газо-нафтоносних горизонтів (м-е Хассі-Мессауд в Алжирській Сахарі, штатиКанзас і Оклахома),

горючих сланців - Прибалтика,

оолітових Fe руд США і Канади.

У складчастих областях з інтрузіями ультраосновного складу пов'язані родовища хроміту (Ю. Урал), азбесту (Тува, Канада), а з інтрузіями кислого складу - золоторудні родовища Сівши. Казахстану і Кузнецького Алатау.

Герцинський етап - формуються найбільш різноманітні за генезисом і корисним компонентів корисні копалини. З'являються нові групи - кори вивітрювання і копалини вугілля.

Найдавніші - Девонські родовища вугілля - о. Ведмежий. Найбільш потужно вугленакопичення відбувалося в крайових прогинах і на платформах відбувалося в Карбоне і Пермі з утворенням Печерського, Таймирський, Тунгуського басейнів, в Китаї, Індії та Австралії.

Нафтоносні горизонти формуються у Волго-Уральській провінції, на Тімане, в США, Канаді, Ірані.

Пермський період - це епоха соленакопленія - м-е Верхньокамське, Німеччина, США.

На платформах формуються родовища бокситів - Тихвінської, Пн. Онезьке, Китай.

З раннегеосінклінальним вулканізмом пов'язане утворення родовищ мідноколчеданих руд на Уралі, в Аппалачах; а з періодом завершального етапу складчастості і освітою магматичних тіл середнього і кислого складів пов'язано утворення гідротермальних родовищ золота на Уралі, олова - Корнуолл (Англія), залізо-і міднорудних скарнових родовищ ( р. Магнітна, Висока, Краснотурінскіе та ін.)

Кіммерійський (Мz) етап розвитку Земної кори - різноманітність корисних копалин різного генезису. На платформах формуються: