Происхождение и строение Земли

Происхождение и строение Земли. Гипотеза (Лапласа, Канта, Джинса, Шмидта, Фесенкова,). Форма, величина, температура  и строение земного шара

Взрывы сверхнoвых сoпрoвoждаются  вoзникнoвением в межзвезднoй среде  ударных вoлн, кoтoрые привoдят  к пoвышению давления и плoтнoсти вещества. При этoм мoгут вoзникать сгущения, спoсoбные в дальнейшем сжиматься уже за счет самoгравитации.

 
Так и прoисхoдилo зарoждение нашей  системы, в центральнoй oбласти кoтoрoй  пo мере рoста давления и температуры  сфoрмирoвался гигантский газoвый сгустoк - Прoтoсoлнце. Oднoвременнo сo сжатием прoтoсoлнечнoгo oблака пoд влиянием центрoбежных сил егo периферийные участки стягивались к экватoриальнoй плoскoсти вращения oблака, превращаясь таким oбразoм в плoский диск - прoтoпланетнoе oблакo, из кoтoрoгo прoизoшли планеты Сoлнечнoй системы.

 
В настoящее время планета Земля  имеет ряд oбoлoчек:

 
1) атмoсферу - этo наибoлее легкая oбoлoчка нашей планеты, граничащая  с кoсмическим прoстранствoм;

 
2) гидрoсферу - этo вoдная oбoлoчка Земли;

 
3) земную кoру - этo наибoлее неoднoрoдная твердая oбoлoчка Земли, слoженная различными минеральными ассoциациями в виде oсадoчных, изверженных и метамoрфических гoрных пoрoд. Выделяются два oснoвных типа земнoй кoры - кoнтинентальный и oкеанический. Между ними нахoдится прoмежутoчный тип, кoтoрый называют субкoнтинентальным;

 
4) литoсферу - этo верхняя твердая  oбoлoчка Земли, имеющая бoльшую  прoчнoсть и перехoдящая в нижележащую  астенoсферу. Oна включает земную  кoру и верхнюю мантию дo  глубин примернo 200 км. 
Живoе веществo биoсферы в oбщем занимает ничтoжнoе прoстранствo в масштабе всегo земнoгo шара.

 
Масса биoсферы сoставляет примернo 0, 05% массы Земли, oбъем - 0, 4%. Нo именнo эта незначительная пo размерам oбoлoчка  планеты есть oбласть зарoждения, развития и сoхранения на прoтяжении миллиардoв лет жизни в oднoй из тoчек Вселеннoй. 
Все oбoлoчки Земли нахoдятся в теснoй взаимoсвязи через кругoвoрoты вещества и пoтoки энергии.

 
Выделяют два кругoвoрoта вещества: 
1) бoльшoй (геoлoгический); 
2) малый (биoтический). 
Бoльшoй кругoвoрoт измеряется масштабами геoлoгическoгo времени и длится сoтни тысяч или миллиoны лет. 
Oн заключается в тoм, чтo прoисхoдит пoстoяннoе превращение материкoвoй кoры в oкеаническую и наoбoрoт. 
На фoне этoгo глoбальнoгo кругoвoрoта вещества в биoсфере непрерывнo прoисхoдят малые биoтические кругoвoрoты. Этoт кругoвoрoт химических веществ из неoрганическoй среды через растительные и живoтные oрганизмы снoва в неoрганическую среду с испoльзoванием энергии Сoлнца и энергии химических реакций нoсит название биoгеoхимическoгo цикла

 Гипотезы:

Канта

Первичная туманность состоит из отдельных  частиц. Более тяжелые начинают притягивать  сравнительно легкие, образуются местами  центры притяжения, вся туманность разбивается на участки, на шаровидные, более плотные скопления материи — будущие звезды. В каждой звездной туманности появляется центральное сгущение; частицы, стремясь к центру, сталкиваются; одни из них при этом падают к центру, другие получают боковое движение. Случайно накапливается перевес движения в одну сторону, и все частицы, как падающие к центру, так и остающиеся в туманности во взвешенном состоянии, получают вращательное движение, общее для всей массы. Вследствие вращения туманность сплющивается, частицы, не упавшие на солнце, начинают группироваться около местных, случайных центров притяжения — зарождаются планеты. В зависимости от положения зародыша планеты над экватором туманности орбиты планет будут более или менее наклонены к нему. Увлеченные общим вращением массы, все планеты движутся в одну сторону. Вопрос о вращательном движении планет вокруг их осей изложен у Канта весьма темно, и во всяком случае вращение должно бы происходить в обратную сторону существующему. Небольшие комки первичной туманности, далекие от экватора ее, образовали кометы. У Канта нет ни постепенного сокращения объема всей туманности, ни выделения колец — этих характерных особенностей гипотезы Лапласа. Кольца же Сатурна Кант объясняет, как продукт рассеивания атмосферы планеты.

Лапласа

Эта гипотеза не касается звездных миров, а только солнечной системы. Первичная  туманность есть газообразная раскаленная  атмосфера Солнца, которая простиралась далеко за пределы нынешней планетной системы. Солнце уже вырисовывалось как довольно плотное сгущение в центре. Вся планетарная система подобна туманным звездам или планетарным туманностям с центральным сгущением. Солнцу и его атмосфере от вечности присуще равномерное вращение. Атмосфера ограничена поверхностью, где центробежная сила уравновешена притяжением центрального ядра и всей атмосферы. Под влиянием притяжения, частью же вследствие внешнего охлаждения атмосфера сжимается. Тогда вращение ускоряется; увеличивается центробежная сила; поверхность равновесия обеих сил отступает внутрь всей массы, и слой туманной материи должен отделиться под экватором в виде туманного вращающегося кольца. При этом частицы, которые были расположены вне экватора, стекают к нему; но, обладая недостаточными скоростями, чтобы оторваться от общей массы, впитываются обратно в туманность и образуют эллиптические потоки около солнца внутри самой атмосферы, образуют внутренние туманные кольца. Часть их падает на солнце и увеличивает его массу. Попеременное увеличение центрального сгущения, сменяясь внешним сокращением объема вследствие охлаждения и сжатия, вызывает то, что поверхность равновесия отступает скачками, а отделение туманных колец происходит ритмично — материя не выделяется безостановочно на экваторе. Каждое кольцо склубилось в один ком — будущую планету, образование одной планеты из кольца составляет самый слабый пункт гипотезы; кольцо должно бы распасться на множество мелких телец (как астероиды). Вращение планет вокруг осей было первоначально обратно движению планет вокруг солнца, но тут выступил новый фактор — приливы, вызванные солнцем в планетной массе. Трение их постепенно замедляет это обратное вращение, наступает момент, когда вращение исчезает, затем, в благоприятных случаях, может получиться прямое вращение. Приливы на Уране и Нептуне слишком малы, чтобы уничтожить их первоначальное обратное вращение. Период обращения планеты около солнца равен времени вращения атмосферы солнца в момент выделения кольца. Внутренние же кольца объясняют быстрое обращение спутников Марса и колец Сатурна. Образование спутников идет в каждой планетной массе совершенно аналогично образованию самих планет. Приливы препятствуют образованию спутников второго порядка. Наклонности и эксцентриситеты орбит планет вызваны последующими взаимными возмущениями планет. — Гельмгольц ввел в гипотезу Лапласа-Роша закон сохранения энергии, и указал на сжатие как на единственно достаточный источник лучистой энергии солнца.

Джинса

В 1919 году английский астрофизик Дж. Джинс выдвинул гипотезу, согласно которой все объекты солнечной системы образовались из вещества Солнца, которое было вырвано из него в результате близкого прохождения рядом ним какой-то звезды. Вырванное вещество изначально двигалось по очень вытянутой траектории, но, со временем, в результате сопротивления среды, состоявшей из мелких капелек того-же солнечного вещества, орбиты крупных сгустков стали почти круговыми. Исходя из этой гипотезы следовало, что образование планетных систем вокруг звезд является чрезвычайно редким событием, поскольку большинство звезд в галактике не испытывают таких сближений ни разу за всё время своего существования.

С физической точки зрения гипотеза Джинса оказалась несостоятельной. Экспериментальные данные показывают, что удельный момент количества движения, заключенный в Солнце на порядок меньше, чем таковой для планет. Расчеты Н.Н. Парийского подтвердили, что вещество, вырванное из Солнца должно было либо упасть обратно на него, либо увлечься вырвавшей его звездой.

Шмидта

О. Ю. Шмидт научно доказал, что планеты (в том числе и Земля) образовались, из твердых раздробленных частиц, захваченных Солнцем. При прохождении сквозь скопление таких частиц силы притяжения захватывали их, и они начинали двигаться вокруг Солнца. В результате движения частички образовывали сгустки, которые группировались и превращались в планеты. По гипотезе О. Ю. Шмидта, Земля, как и другие планеты Солнечной системы, с начала существования была холодной. В дальнейшем в теле Земли начался распад радиоактивных элементов, вследствие чего недра Земли начали разогреваться и растапливаться, а ее масса — расслаиваться на отдельные зоны или сферы с различными физическими свойствами и химическим составом.

Фесенков

В. Г. Фесенков для объяснения своей гипотезы исходил из того, что Солнце и планеты образовались в едином процессе развития и эволюции из большого сгустка газово-пылеватой туманности. Этот сгусток имел вид очень сплюснутого дископодобного облака. Из наиболее густого горячего облака в центре образовалось Солнце. В силу движения всей массы облака на его периферии плотность была неодинакова. Более плотные частички облаков стали центрами, с которых начали формироваться будущие девять планет Солнечной системы, в том числе и Земля. В. Г. Фесенков сделал вывод, что Солнце и его планеты образовались почти одновременно из газово-пылеватой массы, имеющей высокую температуру.

Если  бы Земля была однородным телом, то сейсмические волны распространялись бы прямолинейно и с одинаковой скоростью. Но изменение скорости и направления  «сейсмических лучей» внутри земного шара свидетельствует о неоднородности недр нашей планеты. Тщательный анализ сейсмограмм приводит ученых к выводу, что Земля состоит из ряда концентрических оболочек, имеющих различную плотность и обладающих различными физическими и химическими свойствами. Самый верхний слой - земная кора, толщина которой под материками достигает 25-70 км, а под океанами - 4-10 км.  
 
В континентальной коре можно выделить три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. Осадочные породы образовались путем осаждения различных мелких частиц в морях и океанах. В них встречаются остатки животных организмов, насекомых и растений, некогда населявших Землю. А так как в верхнем слое материковой коры кристаллических пород все же больше, чем осадочных, то обычно его называют гранитным.  
 
В составе земной коры преобладают восемь химических элементов, которые составляют более 97% ее массы. Наиболее распространенный элемент - кислород - содержится в коре, конечно не в свободном виде, а в форме окислов с металлами и металлоидами. А если учесть, что Кислорода в этом «содружестве» добрая половина, то земная кора предстанет нашему воображению в виде сплошного кислородного «каркаса», в пустотах которого располагаются кремний, алюминий, железо и другие химические элементы.  
 
Континентальная кора разделена глубокими трещинами на отдельные гигантские плиты или блоки. Ее самый нижний базальтовый слой состоит из пород, богатых магнием и железом, но бедных кремнекислотой.  
 
Под океаном кора двухслойная и состоит из осадочных напластований и подстилающего базальтового слоя.  
 
Под земной корой находится мантия (верхняя и нижняя), толщина которой около 2900 км. Как и кора, мантия в целом пребывает в твердом состоянии, и лишь в отдельных местах ее вещество расплавлено до состояния магмы. Из лавовых «хранилищ» магма по каналам устремляется наружу и через жерла вулканов извергается на поверхность Земли.  
 
Центральная часть Земли, лежащая под мантией, называется ядром. Различают внешнее и внутреннее ядра. Граница между ними проходит где-то на глубине около 5150 км. Результаты сейсмического зондирования свидетельствуют однозначно: внешнее ядро находится в жидком, расплавленном состоянии.  
 
На поверхности Земли плотность горных пород составляет 2,6 г/см³. По мере продвижения в недра земного шара плотность вещества увеличивается, а на границе нижней мантии с внешним ядром резко возрастает до 10,0. Плотность в центре Земли достигает 14,5 г/см³. Чем объяснить такое большое увеличение плотности?  
 
По одной из теорий, ядро Земли состоит из железа с примесью серы и никеля, тогда как мантия - из окислов кремния, магния и железа. Однако не исключено, что наша планета однородна по своему составу, а различие в плотности между мантией и ядром обусловлено высоким давлением в ее недрах.  
 
По данным современных исследований, давление в центре земного шара должно достигать 3,6 млн атмосфер; такому давлению соответствует температура 6600°С. В подобных физических условиях обычное вещество приобретает совершенно новые свойства - переходит в так называемую металлическую фазу. Сущность такого превращения состоит в том, что электронные оболочки атомов разрушаются и образуется плотная плазма, насыщенная свободными электронами и обладающая хорошей электропроводностью. По-видимому, кольцевые токи свободных электронов в земном ядре и порождают магнитное поле Земли.  
 
Так благодаря геофизическим методам зондирования ученые смогли «высветлить» недра нашей планеты - получить своеобразную рентгенограмму Земли, а роль рентгеновских лучей исполнили сейсмические волны. 

Земля сплюснута у полюсов (если угодно — растянута у экватора). Растянута, впрочем, совсем немного: полярный радиус составляет 6357 км, а экваториальный — 6378 км, всего на 21 км больше

Толщина внешней части земной коры в разных местах составляет от 15 до 50 км, причем ее температура растет по мере приближения к центру Земли.

Примерно  через каждые 40 м она увеличивается  на один градус. На глубине трех километров настолько жарко, что если опустить туда стакан с водой, то она начнет кипеть! Если бы было возможно опуститься на 50 км вглубь земной поверхности, то термометр показал бы 1100 °С. В таких условиях начинают плавиться даже скалы. Как считают ученые, в центре Земли температура достигает 5500 °С.

Факторы и сущность почвообразования. Роль  микроорганизмов в образовании почв.

Компоненты  географической  среды  как  факторы  почвообразования.  Горные  по- 
роды  как  фактор  почвообразования.  Влияние  массивно-кристаллических,  плотных  оса- 
дочных  и  рыхлых  осадочных  пород  на  свойства  почв.  Основные  закономерности  рас- 
пространения почвообразующих пород. Роль живого вещества в почвообразовании. Ос- 
новные функции высших растений, почвенных животных и микроорганизмов в форми- 
ровании почв. Смена биоценозов как фактор изменения почв в пространстве и во време- 
ни. Лучистая энергия  Солнца, атмосферные осадки и воздух как составляющие клима- 
тического фактора почвообразования. Гидротермические поля, гидротермические коэф- 
фициенты. Особенности  формирования почв в зависимости от положения в рельфе. То- 
погенные  почвенные  сопряжения.  Горная  зональность  почв.  Роль  фактора  времени  в  
почвообразовании. Антропогенный фактор почвообразования. Прямое и опосредованное  
воздействие хозяйственной деятельности человека на почвы.  
Значение географических факторов в энергетике почвообразования. Климатический,  
биологический и геологический факторы как энергетические источники почвообразова- 
ния. Радиационный баланс в различных географических поясах.  Поступление энергии в  
почву с растительным опадом. Геоморфологический фактор – перераспределитель энер- 
гетических потоков в почвах. Энергетический баланс почвообразования. Затраты энер- 
гии на почвообразование в ландшафтах Мира.   
Вклад географических факторов в материальную основу почвообразования. Средний  
химический состав горных пород. Химизм грунтовых вод. Средний химический состав  
живых организмов. Поступление влаги, пыли и воздуха в почву из атмосферы. Химиче- 
ский состав почв как интегральный результат воздействия факторов почвообразования.  
Участие  географических  факторов  в  динамике  почвообразования.  Биологический  
круговорот  веществ  как  результат  деятельности  высших  растений,  почвенной  фауны,  
микрорганизимов.  Ряды  интенсивности  биологического  поглощения  химических  эле- 
ментов. Скорость разложения растительного опада в различных ландшафтах. Типы вод- 
ного и теплового режимов почв, климатические условия их определяющие. Воздушные  
режимы почв. Синлитогенное почвообразование. Рельеф как фактор водной и ветровой  
эрозии.   
Сущность почвообразовательного процесса и происхождение почв. Почвенные мик- 
ропроцессы химического, биологического, физического и физико-химического характе- 
ра. Частные почвообразовательные макропроцессы и общий почвобразовательный мак- 
ропроцесс. Цикличность и поступательность почвообразования. Почва как многокомпо- 
нентная открытая биокосная система. Общая схема почвообразования. Мощность почв и  
строение почвенного профиля. Микроорганизмы в почве образуют сложный биоценоз, в котором различные их группы находятся между собой в сложных отношениях. Одни из них успешно сосуществуют, а другие являются антагонистами. Цель ЭМ-технологии заключается в создании оптимальных условий для развития полезной микрофлоры приводящей к оздоровлению почвы, повышению её плодородия и урожайности возделываемых культур.

Водопроницаемость, впитывание и фильтрация. Закон Дарси. Капиллярное поднятие в почве; закон Жюрена

Водопроницаемость — способность  почвы пропускать воду, движущуюся под действием силы тяжести. Процесс  водопроницаемости делят на впитывание и фильтрацию. Впитывание проявляется при неполном насыщении почвы влагой, т. е. когда поры почвы лишь частично заполнены водой. Оно обусловлено также сорбционными и капиллярными силами. Фильтрация возникает при максимальном насыщении почвы влагой, когда капиллярные, а также некапиллярные пространства заполняются водой и под действием силы тяжести свободная вода стекает сплошным потоком.

Интенсивность впитывания у почв с низкой водопроницаемостью незначительна. Причиной могут быть поверхностные корки, характерные для глинистых и особенно для засоленных почв, плужные подошвы (плужная подошва возникает в результате влияния многократного давления на почву при ее вспашке на одну и ту же глубину, особенно если почва имеет высокое содержание тонкодисперсных фракций), глинистые прослойки, различные другие уплотненные участки почвенного профиля, а также заполнение трещин почвы тонкодисперсными фракциями.

Водопроницаемость почвы в целом измеряется объемом  воды, протекающей через единицу площади поперечного сечения за единицу времени. Н. А. Качинский следующим образом классифицирует проницаемость почв по количеству пропускаемой влаги за час при гидравлическом напоре столба жидкости высотой 5 см и температуре 10°: более 1000 мм воды —.провальная водопроницаемость, от 1000 до 500 мм — излишне высокая, от 500 до 100 мм — наилучшая, от 100 до 70 мм — хорошая, от 70 до 30 мм — удовлетворительная и менее 30 мм — неудовлетворительная.

Водопроницаемость по почвенному профилю неравномерна (рис. 23).

Водопроницаемость является агрохимической характеристикой почв, так как она определяет проникновение в почву осадков или поливной воды. Оптимальная водопроницаемость обусловливает формирование запасов доступной растениям воды в почве. Поэтому водопроницаемость является важным критерием при разработке агротехнических мероприятий. Мульчирование почвы (покрытие водопроницаемой прослойкой), внесение органического вещества, формирование зернистой (агрономически ценной) структуры, безотвальная вспашка, действие различных землемеров, а также ходы, проделанные растущими корнями, положительно влияют на поверхностную проницаемость почвы, а следовательно, и на водоснабжение растений.

Водоподъемная способность.

Имеет немаловажное значение для водного режима почв и для создания в них запасов доступной растениям воды. Обусловлена эта способность капиллярным поднятием грунтовой воды, которая может подтягиваться к корневой зоне в зависимости, конечно от глубины залегания грунтовых вод и строения почвенного профиля.