Геодинамическая модель современной земной коры.

Геодинамическая модель литосферы предполагает движение литосферных плит. Впервые идея мобилизма была высказана Вегенером в 1912 году (гипотеза дрейфа материков). Современный вариант гипотезы мобилизма – “Новая глобальная тектоника”.

“НОВАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ ТЕКТОНИКА” (тектоника литосферных плит), тектоническая гипотеза, предполагающая, что литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении. Близ срединно-океанических хребтов (в рифтовой зоне) литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и расходятся в стороны (спрединг); в глубоководных желобах одна плита подвигается под другую и поглощается мантией (субдукция). Там, где плиты сталкиваются между собой, возникают складчатые сооружения.

• Зона спрединга характеризуется высокой геотермальной активностью (черные курильщики – образование сульфидных руд).
• Скорость формирования океанической коры ок.1-2 см/год.
• Базальт: оливин + клинопироксен + лабрадор (плагиоклаз) + обсидиан. Излившийся базальт  в эндогенных условиях подвергается метаморфизму (®зеленые сланцы (хлорит, эпидот, кварц, альбит, актинолит)®амфиболиты (андезин, гранат)®эклогиты). Таким образом, в зоне субдукции оказываются метаморфические ГП (под островной дугой много андезита), которые обладают большей вязкостью, чем мантия и поэтому вытесняют ее вверх (®сильный вулканизм). Образующийся обломочный материал скатывается в глубоководный желоб.

ЛИТОСФЕРА (от лито... и сфера), внешняя сфера “твердой” Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее верхней мантии.

ЗЕМНАЯ КОРА, верхняя оболочка “твердой” Земли, ограниченная снизу Мохоровичича поверхностью. Различают континентальную кору (толщина от 35-45 км под равнинами до 70 км в области гор) и океаническую (5-10 км). В строении первой имеются три слоя: верхний осадочный, средний, называют условно гранитным, и нижний базальтовый; в океанической коре гранитный слой отсутствует, а осадочный имеет уменьшенную мощность. В переходной зоне от материка к океану развивается кора промежуточного типа (субконтинентальная или субокеаническая). Земная кора подвержена постоянным тектоническими движениям. В ее строении выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно спокойные — платформы.

ВЕРХНЯЯ МАНТИЯ, оболочка Земли, подстилающая земную кору от Мохоровичича поверхности до глубины около 900 км. Сложена, предположительно, пиролитом, частично эклогитом, в верхней мантии выделяют астеносферу и Голицына слой. В верхней мантии развиваются процессы, с которыми связаны тектонические, магматические и метаморфические явления в земной коре.

МОХОРОВИЧИЧА ПОВЕРХНОСТЬ, граница раздела между земной корой и мантией Земли; выявлена в 1909 югославским сейсмологом А. Мохоровичичем (1857-1936). Скорость продольных сейсмических волн при переходе через поверхность Мохоровичича возрастает скачком с 6,7-7,6 до 7,9-8,2 км/с, а плотность с 2,9-3,0 до 3,1-3,5 т/м3.

АСТЕНОСФЕРА (от греч. asthenes — слабый и сфера), слой пониженной твердости, прочности и вязкости в верхней мантии Земли, подстилающий литосферу. Верхняя граница на глубине около 100 км под материками и около 50 км под дном океана; нижняя — на глубине 250-350 км. Астеносфера играет важную роль в происхождении эндогенных процессов, протекающих в земной коре (магматизм, метаморфизм  и др.).

МАНТИЯ ЗЕМЛИ, оболочка “твердой” Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли. Составляет 83% объема Земли (без атмосферы) и 67% ее массы. Верхняя граница проходит на глубине от 5-10 до 70 км по Мохоровичича поверхности, нижняя — на глубине 2900 км по границе с ядром Земли. Предполагают, что мантия Земли в основном сложена оливином и делится на верхнюю мантию толщиной около 900 км и нижнюю — около 2000 км; благодаря высокому давлению — от 1 до 136 ГПа вещество мантии Земли, по-видимому, находится в твердом кристаллическом состоянии (за исключением астеносферы, где оно, возможно, аморфно). Температура в мантии, по-видимому, не превышает 2000-2500 °С. С процессами в мантии Земли связаны тектонические движения, магматизм, вулканизм и др.

РИФТ (англ. rift), линейно вытянутая (на несколько сотен и тысяч км) щелевидная или ровообразная структура растяжения земной коры, шириной от нескольких десятков до нескольких сотен км, ограниченная разломами; представляет собой систему грабенов и горстов с амплитудой вертикального смещения до нескольких км (напр., Африкано-Аравийская, Байкальская, Рейнская рифтовые системы; рифт срединно-океанических хребтов). Рифтообразование — закономерная стадия развития земной коры (образование геосинклинальных подвижных поясов; превращение их в орогенные — горные — сооружения; рифтогенез; завершающая стадия — образование океанов).

ПЛАТФОРМА, в геологии — одна из главных глубинных структур земной коры, характеризующаяся малой интенсивностью тектонических движений, магматической деятельности и плоским рельефом. Платформы противопоставляются высокоподвижным геосинклинальным поясам. Платформы имеют двухъярусное строение: нижний ярус (фундамент платформы) образуют комплексы сильно смятых, метаморфизованных и пронизанных гранитами пород; верхний ярус (платформенный чехол) сложен спокойно залегающими преимущественно осадочными и отчасти вулканогенными толщами. В пределах платформы выделяются щиты, где складчатый фундамент выступает на поверхность, и плиты, в которых фундамент погружен на глубину. Платформы разделяются на древние с фундаментом докембрийского возраста (напр., Восточно-Европейская, Сибирская и др.) и молодые с фундаментом палеозойского и мезозойского возраста (напр., равнинные территории Зап. Сибири, Сев. Казахстана, Предкавказья).

Эволюция геосфер и экологические кризисы в истории Земли.

ГЕОСФЕРЫ - концентрические оболочки, из которых состоит Земля. В направлении от периферии к центру планеты выделяются:

• магнитосфера
• атмосфера Земли
• гидросфера
• биосфера
• земная кора (мощность 35-40км)
• мантия Земли (верхняя и нижняя; 2800-2900 км)
• астеносфера (верхняя часть мантии) и земная кора образуют литосферу (100-200 км)
• ядро Земли (внутреннее (1400км, твердое) и внешнее (2000км, расплав железа и никеля, генеририрующий конвекционные потоки и магнитное поле Земли))
•  По совокупности природных условий и процессов, протекающих в области соприкосновения и взаимодействия геосфер, выделяют специфические оболочки (напр., биосферу, географическую оболочку, геотехносферу).

Возраст Земли как планеты составляет 4,55 млрд. лет. Самые древние ГП (горные породы)  имеют возраст 3,8 млрд. лет. В интервале от 4,55 до 3,8 млрд. лет происходило расслоение земного вещества на геосферы, одновременно шло образование первичной атмосферы и первичной гидросферы. Прямые свидетельства существования магнитного поля Земли (а, Þ, и внешнего ядра) имеют возраст 2,6 млрд. лет.

Геологическая эволюция отражена в эволюции биосферы, которая в свою очередь связана с изменением состава первичной атмосферы.

Факторы, вызывающие критические состояния биосферы:

Космические

• Тектономагматические циклы, связанные с галактическим годом (150-200 млн. лет). В течение этих циклов есть периоды эндогенной активности, характеризующиеся складчатостью и вулканизмом. Вулканизм приводит к выбросу из недр Земли большого количества вещества (в т.ч. твердых пылеобразных частиц), которые уменьшают прозрачность атмосферы и способствуют снижению общей температуры.  В результате складчатости образуются высокие горы, являющиеся ядрами оледенения, откуда лед может сползать ниже снеговой линии. Таким образом, практически каждому тектономагматическому циклу соответствует эпоха оледенения.
• В течение геологической истории Земли выделяют 4 основные эпохи эндогенной активности: Байкальская складчатость (граница протерозоя – палеозоя), Каледонская (силур – девон), Герцинская (карбон – пермь), Альпийская (эоцен – олигоцен)
• Падения на землю крупных небесных тел – вероятность падения их на Землю уменьшается с увеличением их размеров (тело, образующее кратер радиуса 100 км – 1/14млн. лет; 500 км – 1/600млн. лет такой метеорит упал на Землю на границе мела – палеогена, что зафиксировано в осадках этого возраста повышенным содержанием платиноидов (иридия)). На Луне и Марсе существуют кратеры возраста 4-6 млрд. лет (их много), по всей видимости, Земля тоже подверглась такой же интенсивной бомбардировке, что привело к гибели протокоры.
• Изменения солнечной активности. Стационарный режим работы таких звезд как Солнце сохраняется приблизительно в течение 10 млрд. лет. Однако в догеологическую стадию развития Земли (4,55-4,0 млрд. лет) был период т.н. “тусклого солнца”. В это время Земля была флюидной планетой, т.е. состояла из железокаменного ядра и газовой оболочки. Под огромным флюидным давлением Земля накопила в ядре и мантии летучие вещества. В течение всей геологической истории идет дегазация мантии, что вызывает вулканизм. Именно на ранних стадиях развития Земли произошло расслоение на протокору, мантию и ядро. Важной особенностью является то, что уже с 3-4 млрд. лет внешнее ядро расплавлено  и генерирует магнитное поле, которое защищает биосферу от солнечного ветра.

Планетарные

• Магнитное поле земли – регулирует солнечную активность. При инверсии полярности магнитная защита континентальной биосферы теряется, в том числе, увеличении частоты инверсий ускоряет эволюцию (см. Геохронологическую и стратиграфическую шкалу)
• Содержание O2 и О3-экран. До палеозоя атмосфера была сильно восстановительной, начиная с кембрия O2 начинает накапливаться в атмосфере (10% от современного содержания), а к середине перми  (250млн. лет) его содержание достигает современного уровня. Смена бескислородной атмосферы на кислородную стала причиной одного из сильнейших кризисов в биосфере и позволила развиться современной флоре и затем фауне. Озоновый слой существует с докембрия. Все тектономагматические циклы сопровождались уменьшением содержания O2 и эрозией О3-экрана (локально).

Региональные – в основном это динамические взаимодействия литосферных плит (континентальной и океанической коры) в зонах спрединга и субдукции (в основном), см. пример Урала в палеозое. Основное: образование Пангеи (275 млн. лет), распад ее на Гондвану и Лавразию в триасе, и образование Атлантического океана в юре с образованием современных континентов привело к своеобразию развития флоры и фауны на континентах.

Энергетические потоки, рассматриваемые в экологии.

Баланс солнечной энергии на земле.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ.

Энергия определена, как способность совершать работу и живые организмы нуждаются в энергии для поддержания жизни.

Поток энергии -  переход энергии в виде химических связей и органических соединений (пищи) по цепям питания от одного трофического уровня к другому (более высокому). В отличие от веществ, которые непрерывно циркулируют в экосистеме и всегда могут вновь входить в круговорот, энергия может быть использована только один раз, т. е. Это линейный поток.

Односторонний поток энергии происходит в результате действия законов термодинамики. Энергия может существовать в виде различных взаимопревращаемых форм, т.к. механическая, химическая, тепловая, электрическая.

Первый закон термодинамики гласит, что энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть вновь создана или исчезнуть (пример: переход энергии света в потенциальную энергию пищи).

Второй закон утверждает, что энергия при совершении работы не используется на все 100 % и часть ее превращается в тепло. Живые организмы преобразуют энергию, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конечном итоге все энергия, которая поступает в биотический компонент, рассеивается в виде тепла.

Существование всех экосистем зависит от постоянного притока энергии, которая необходима организмам для поддержания жизнедеятельности и само воспроизводства.

Важной характеристикой потока энергии является его скорость. Скорость потока энергии – количество энергии, выраженное в энергетических единицах, перемещенное с одного трофического уровня на другой в единицу времени.

Баланс солнечной энергии – не вся энергия может усваиваться и использоваться организмами. Отражается –30%, превращается в тепло –46%, идет на транспирацию –23%, на механическую работу –0.2%, на фотосинтез – 0.8%. (в живом растительном организме.)

Трофический подход в передаче энергии (схема трофической цепи)

Энергия распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и лишь небольшая ее часть захватывается Землей 10,5 *106 кДж /м2. Из нее 40% отражается, 15% поглощается в биосфере (озоновый слой) и превращается в тепловую или расходуется на испарение воды. Оставшаяся часть – 45% поглощается растениями (но и там происходит ее распределение в организме). Реальное количество для данной местности зависит от географической широты.