Эволюция Земли
Эволюция Земли
Эволюция
Земли
Вопрос ранней
эволюции Земли тесно связан с теорией ее происхождения. Сегодня известно, что
наша планета образовалась около 4,5 млрд. лет назад. В процессе формирования
Земли из частиц протопланетного облака постепенно увеличивалась ее масса. Росли
силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету.
Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля все сильнее
разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причем выбрасываемое из них
вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно.
Чем крупнее
были падавшие объекты, тем сильнее они нагревали Землю. Энергия удара
освобождалась не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум
поперечникам внедрившегося тела. А так как основная масса на этом этапе
поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия
выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в
пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах
100–1000 км могла приблизится к точке плавления. Дополнительное повышение
температуры, вероятно, вызвал распад короткоживущих радиоактивных изотопов.
По-видимому,
первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидких железа, никеля и
серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности
просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом,
дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться еще на стадии ее
формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция,
несомненно, препятствовали этому процессу. Но определенная часть более тяжелого
вещества все же успевала опустится под перемешиваемый слой. В свою очередь
дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась
дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в
Земле.
Предположительно
ядро образовалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты
богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления,
начал кристаллизуются – так (возможно) зародилось твердое внутреннее ядро. К
настоящему времени оно составляет 1,7% массы Земли. В расплавленном внешнем
ядре сосредоточено около 30% земной массы.
Развитие
других оболочек продолжалось гораздо дольше и в некотором отношении не
закончилось до сих пор.
Литосфера
сразу после своего образования имела небольшую толщину и была очень
неустойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху так называемой
великой бомбардировки (от 4,2 до 3,9 млрд. лет назад), когда Земля, как и Луна,
подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов. На Луне
и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки – многочисленные
кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете
активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы
практически стерли следы этого периода.
Около 3,8
млрд. лет назад сложилась первая легкая и, следовательно, «непотопляемая» гранитная
кора. В то время планета уже имела воздушную оболочку и океаны; необходимые для
их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий
период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и
водяных паров. Кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате,
во-первых, фотохимической диссоциации воды и, во-вторых, фотосинтезирующей
деятельности простых организмов, таких как сине-зеленые водоросли.
600 млн. лет
назад на Земле было несколько подвижных континентальных плит, весьма похожих на
современные. Новый сверхматерик Пангея появился значительно позже. Он
существовал 300–200 млн. лет назад, а затем распался на части, которые и
сформировали нынешние материки.
Что ждет
Землю в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой степенью
неопределенности, абстрагируясь как от возможного внешнего, космического
влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду,
причем не всегда в лучшую сторону.
В конце концов
недра Земли остынут до такой степени, что конвекция в мантии и, следовательно,
движение материков (а значит и горообразование, извержение вулканов, землетрясения)
постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрет неровности
земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая ее судьба
будет определяться среднегодовой температурой. Если она значительно понизится,
то океан замерзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура
повысится (а скорее всего именно к этому и приведет возрастающая светимость
Солнца), то вода испарится, обнажив ровную поверхность планеты. Очевидно, ни в
том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже невозможна, по
крайней мере в нашем современном представлении о ней.
Результат
эволюции
В процессе
эволюции возникли атмосфера и гидросфера Земли.
Атмосфера
Земли: в настоящее время Земля обладает атмосферой массой примерно 5,15*1018
кг, т.е. менее миллионной доли массы планеты. Вблизи поверхности она содержит
78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,94% инертных газов, 0,03% углекислого газа и
в незначительных количествах другие газы. Давление и плотность в атмосфере
убывают с высотой. Половина воздуха содержится в нижних 5,6 км, а почти
вся вторая половина сосредоточена до высоты 11,3 км. На высоте 95 км
плотность воздуха в миллион раз ниже, чем у поверхности. На этом уровне и
химический состав атмосферы уже иной. Растет доля легких газов, и
преобладающими становятся водород и гелий. Часть молекул разлагается на ионы,
образуя ионосферу. Выше 1000 км находятся радиационные пояса. Их тоже
можно рассматривать как часть атмосферы, заполненную очень энергичными ядрами
атомов водорода и электронами, захваченными магнитным полем планеты.
Гидросфера
Земли: вода покрывает более 70% поверхности земного шара, а средняя глубина
Мирового океана около 4 км. Масса гидросферы примерно 1,46*1021 кг. Это в
275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей Земли. Гидросферу
на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%),
а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн. тонн углекислого
газа, а растворенного кислорода – 8 трлн. тонн.
Основные
события в развитии Земли в MZ и KZ
Мезозойский
этап развития
Кайнозойский
этап развития
Основные
закономерности геологического развития Земли
Полезные
ископаемые
Мезозойский
этап истории Земли охватывает мезозойскую эру длительностью 170 ±10 млн. лет,
которая в свою очередь подразделяется на триасовый, юрский и меловой периоды.
Вспомним, чем
завершился Палеозойский этап в истории Земли.
В результате
герцинского этапа складчатости завершился геосинклинальный цикл развития
Урало-Монгольского (Урал), Атлантического (Аппалачи), Арктического (Иннуитская)
поясов и отдельных частей Тихоокеанского (В. Австралия) и Палеотетиса
(западная часть). В результате сформировался суперматерик-Пангея-2. Происходит
вымирание почти всех древнейших животных - руководящих форм палеозоя.
В мезозое
происходит обновление органического мира, который является промежуточным между
палеозоем и кайнозоем. Мезозой – это эра рептилий и моллюсков, в юре появляются
древние птицы, а в мелу – расцвет фораминифер и динозавров. В триасе появляются
первые млекопитающие. Для растений – это расцвет голосеменных, а в меловой
период – появление покрытосеменных.
Особенности
осадконакопления
Для Триаса
типичны континентальные красноцветные толщи и коры выветривания. Морские осадки
локализовались в геосинклинальных областях. В широких масштабах проявился
трапповый магматизм на платформах – Сибирской, Ю.-Американской и на юге
Африканской. Выделяют три типа – эксплозивный, лавовый и интрузивный (силлы).
В Юре осадки
более разнообразны. Среди морских – кремнистые, карбонатные, глинистые и
глауконитовые песчаники; континентальных – преобладают отложения коры
выветривания, а в лагунах формируются угленосные толщи. Магматизм проявился в
геосинклинальных областях – Кордильеры и Верхояно-Чукотской, а трапповый – на
платформах – Ю. Американской и Африканской.
Особенностью меловых
отложений является максимальное накопление писчего мела (состоит из фораминифер
и остатков панцирей водорослей кокколитофорид).
Палеогеография
мезозоя
С
образованием суперматерика Пангея-2 связана величайшая регрессия моря в истории
Земли. Лишь небольшие участки, прилегающие к геосинклинальным поясам покрывались
неглубокими морями (области, прилегающие к Кордильерам и Верхояно-Чукотской
геосинклинали). Герцинские складчатые пояса представляли области расчлененного
рельефа.
Климат Триаса
– аридный континентальный, лишь в приморских областях (Колыма, Сахалин,
Камчатка и др.) – умеренный. В конце Триаса начинается трансгрессия моря,
которая широко проявилась в поздней Юре. Море распространялось в западную часть
Северо-Американской платформы, почти на всю В.-Европейскую платформу, в
северо-западной и восточной частях Сибирской платформы. Максимальная
трансгрессия моря проявилась в верхнем Мелу. Для климата этих периодов
характерно чередование влажного тропического и сухого аридного.
Строение
Земной коры в Мезозое
Для мезозоя
характерно проявление перестройки Земной коры в один тектонический этап – Киммерийский.
В конце
Триаса начинается раскол суперматерика Пангея-2. Группа платформ северного
полушария отходит от Гондваны и происходит новое заложение геосинклинального
пояса на месте Палеотетиса.
На рубеже
Триаса и Юры начинается раскол континента Лаврентий на Сев.-Американскую и
В.-Европейскую платформы. Он начинается с процесса заложения рифтовой зоны в
Северной Атлантике, которая с конца Юры распространяется на Центральную и Южную
Атлантику. Морской бассейн начал формироваться с ранней Юры в Северной
Атлантике, а в конце раннего Мела практически сформировалась система
Атлантического океана. Параллельно шло формирование Индийского океана, а все
это вместе знаменует раскол Гондваны. С конца Юры начинается обособление
Африканской платформы, от которой затем отделились Индостанская и Австралийская
платформы.
Геосинклинальный
режим существовал в Тихоокеанском поясе и представлен Верхояно-Чукотской и
Кордильерской геосинклиналями. Особенность их формирования – это положение по
окраинам платформ, накопление мощной толщи флишевых отложений. Завершение
геосинклинального этапа сопровождалось внедрением гранитов и
складкообразованием. После горообразования геосинклинальный режим в этих частях
Тихоокеанского пояса сохраняется, только область его развития смещается в
сторону океанской плиты.
По-другому
происходило развитие Средиземноморского геосинклинального пояса, в котором
выделяют Альпийско-Гималайскую, Тибетско-Индостанскую и Индонезийскую области.
Каждая из них характеризуется своими особенностями развития.
Альпийская
область подразделялась на три широтные зоны – две внешние с миогеосинклинальным
типом разреза и одну внутреннюю – эвгеосинклинальную, которая в свою очередь
подразделялась на систему глубоководных прогибов с ультраосновным магматизмом и
систему поднятий. На рубеже Юры и Мела горообразовательные движения проявились
в восточной части (Кавказ, Иран, Афганистан) и сопровождались внедрением
гранитной магмы.
В
Тибетско-Индостанской области геосинклинальный режим в триасе и юре являлся
продолжением позднепалеозойского, т.е. здесь происходили завершающие этапы
геосинклинального развития, которые в киммерийский тектонический этап
завершились формированием складчатости, и впоследствии развивались как молодые
платформы.
В Мезозое
области проявления герцинской и каледонской складчатости вступили в
платформенный этап развития – горные системы интенсивно разрушались и
поставляли обломочный материал в краевые прогибы, межгорные впадины и
платформенный чехол. Для Урало-Монгольского пояса – это Предуральский краевой
прогиб, Тимано-Печерская, Западно-Сибирская и Туранская плиты.
На древних
платформах наряду с формированием осадочного чехла происходят глыбовые движения
или эпиплатформенный орогенез. Особенно мощно он проявился на Северо-Американской
платформе с образованием Скалистых гор. На Сибирской и Африканской платформах
мощно проявился трапповый магматизм, с образованием силлов и кимберлитовых
трубок.
К концу
мелового периода происходит новый раскол Гондваны – Австралия вместе с
Антарктидой перемещалась на юг, Африка двигалась на север, Ю.-Америка начала
движение на запад, хотя еще и не полностью откололась от Африки.
Начинается
верхнемеловая великая трансгрессия моря. На рубеже мезозоя и кайнозоя вымирают
рептилии, аммониты и многие другие виды животных. Существует много гипотез,
объясняющих это явление, но какой-то ясности пока нет.
В
Киммерийский (Мz) этап развития Земной коры – разнообразие полезных ископаемых
различного генезиса. На платформах формируются:
угленосные
толщи (Сибирь, Китай, Австралия);
эпоха
оолитовых Fe руд (Зап. Сибирь, Германия, Франция);
бокситы
(Урал, Сибирь, Ср. Азия, Франция, Испания и др.);
фосфориты
(пояс от Марокко до Сирии);
соли
Туркмении и Сев. Америки.
С трапповым
магматизмом связаны:
Cu-Ni месторождения
Норильской группы,
алмазы в
кимберлитах Африки, Якутии.
В
геосинклинальных складчатых областях с гранитными интрузиями связаны
многочисленные месторождения Sn, W, Mo, Cu, Pb, Au, Sb, Сев. Америки, Китая,
Индонезии, Приморья.
Особенность
мезозоя – формирование мощных толщ писчего мела
Нефть и газ
образуют крупные месторождения в Зап. Сибири, Саудовской Аравии, Кувейте,
Иране, Ливии и др.
Кайнозойский
этап истории Земли охватывает Кайнозойскую эру длительностью ~ 65 млн. лет и
подразделяющуюся на три периода – палеогеновый, неогеновый и четвертичный (или
антропогеновый)
Особенности
органического мира Кайнозоя.
1.
Обновляется фауна морей – появляются и широко распространяются новые виды
простейших (Нуммулиты), двустворчатых и брюхоногих моллюсков, это расцвет
шестилучевых кораллов, морских ежей и лилий; костистых и хрящевых рыб (акулы).
Из млекопитающих – киты, тюлени, дельфины. От рептилий в Кайнозое сохранились
черепахи, крокодилы, змеи и ящерицы.
На суше
господствующие позиции у млекопитающих и птиц. В конце Палеогена появляются
древние обезьяны, в конце четвертичного периода – человек разумный.
С середины
неогена устанавливается господство покрытосеменных растений.
2.
Представители органического мира начинают обособляться по провинциям. Это
связано с разделением и перемещением отдельных континентов, установлением
климатической зональности и др. факторами.
Палеогеографические
особенности
1. В
Палеогене происходит последняя крупная трансгрессия моря. Она была по охвату
территории меньше верхнемеловой и распространялась на участки материков,
прилегающих к Средиземноморскому геосинклинальному поясу и на Западно-Сибирскую
плиту. Климатическая зональность была смещена к северу – тропики доходили до
Гренландии.
2. С конца
палеогена начинается регрессия моря, происходит постепенное смещение
климатических поясов к югу. Начинается похолодание и усиливается контрастность
климата.
3. В
антропогене возникают центры оледенения – обширные территории Сев.-Америки,
Европы, Азии, Антарктиды покрываются толщей материкового льда. Выделяют
несколько эпох оледенения, среди которых максимальным по площади было
Днепровское в Европе. Кроме влияния на климат, оледенения сыграли важную роль в
формировании рельефа и осадконакоплении.
Особенности
осадконакопления
1.
Многообразие фациальных обстановок отразилось в многообразии типов осадков.
В
геосинклинальных областях осадочные породы флишевой формации достигают огромной
мощности ~20 км. На платформах широко развиты озерные, речные, эоловые и
другие континентальные осадки. В связи с оледенением широкое распространение
получили различные типы моренных, озерно-ледниковых и лессовых отложений.
2. Проявление
андезитобазальтового вулканизма, связанного с развитием рифтовых поясов на
платформах (Африканский, Байкальский и др.)
Строение Земной
коры связано с проявлением Альпийского этапа складчатости в неогене.
Сформировались складчатые сооружения Альпийско-Гималайского пояса, береговой
части Кордильер и Анды. Их сопровождало формирование предгорных прогибов – Предкавказского,
Предкарпатского и Мессопотамского.
В западной
части Тихоокеанского пояса (Камчатка и др. области) продолжается
геосинклинальная стадия развития.
На рубеже
Мела и Палеогена происходит окончательный раскол Гондваны – Австралия
отделяется от Антарктиды, Африка и Южная Америка расходятся окончательно.
Северо-Американская подходит к Сибирской в районе Берингова моря.
На молодых и
древних платформах в неогене происходят колоссальные процессы эпиплатформенного
орогенеза. Они сопровождаются глыбовыми поднятиями участков, которые определили
формирование современного рельефа.
Кайнозойский
этап в формировании полезных ископаемых – на фоне разнообразия сформировавшихся
месторождений следует выделить:
коры
выветривания Fe, Mn, Ni, Co и бокситов;
осадочные
руды Fe и Mn (Керченское, Чиатурское и др.);
1/3 мировых
запасов нефти (Кувейт, Кавказ, Туркмения, Иран, Ирак, Саудовская Аравия,
Каспий);
четвертичные
россыпи Au, Pt, Sn, алмазов и др.
С альпийской
складчатостью связаны своеобразные золотосеребряные месторождения.
Основные
закономерности геологического развития Земли
1. Цикличность
(периодичность) геологических процессов.
Она
заключается в том, что геологические явления и процессы, сменяя друг друга во
времени, образуют цепь событий, в которой каждое звено – это законченный цикл.
Например, глобальный цикл – формирование суперматерика Пангея и его раскол.
Таких циклов в истории земной коры было 2, сейчас протекает третий.
В свою
очередь каждый из таких глобальных циклов состоит из нескольких тектонических
циклов (или этапов) развития земной коры. Начало каждого этапа – заложение
геосинклинальных подвижных поясов, их интенсивное прогибание, в которое
вовлекаются соседние платформы. Начинается морская трансгрессия. Инверсия в
геосинклинальных поясах сопровождается складкообразованием, вздыманием земной
коры и горообразованием. В этот процесс вовлекаются соседние участки платформы –
начинается регрессия моря. Каждый тектонический этап завершается увеличением
объема континентальной земной коры и увеличением объема платформенных участков
земной коры.
2.
Направленность геологического развития
а. Наиболее
наглядно эта закономерность прослеживается в развитии континентальной коры. От
древних этапов к более молодым и современным мы отмечаем сокращение количества
геосинклинальных поясов. А по мере прекращения геосинклинального режима
складчатая область присоединяется к более древней платформе, тем самым,
увеличивая её площадь и объем континентальной коры.
б.
Направленность процесса формирования геосинклиналей в разные геотектонические
этапы. Она заключается в закономерном проявлении каждого этапа и стадии и
соответствующих каждому этапу набору геологических формаций.
в. Эволюция
органического мира – яркий пример направленности развития от примитивных
организмов к наиболее высоко организованным – венец человек разумный.
г. Сокращение
длительности тектонических этапов – если Докембрийский этап длился млрд. лет,
то к Mz чуть больше 100 млн. лет
Полезные
ископаемые
Формирование
полезных ископаемых в Земной коре проходило во все геотектонические эпохи.
Докембрийский
этап. Образование полезных ископаемых связано с грандиозными по масштабам
процессами магматизма и метаморфизма.
Огромные
запасы Fe руд сосредоточены в железистых кварцитах (джеспилитах). Это – КМА,
Кривой Рог, Канада и т.д.
С
метаморфическими комплексами пород связаны месторождения слюд (мусковита и
флогопита) в Карелии, Сибири, Индии, Бразилии.
С интрузиями
ультраосновного и основного составов связано образование месторождений Платины,
Хромита в Ю. Африке (Бушвельдский и Великая Дайка), Cu-Ni – Печенга,
Мончегорское, Ю. Африка, С. Америка
С осадочными
породами формировались месторождения:
осадочных Fe
руд (Бакальская группа, Ю. Якутия и др.),
медистых
песчаников (Удокан, Ю. Африка),
Au-конгломераов
с U – Витватерсранд, Блайнд-Ривер (Канада),
Mn руды – ЮАР,
Гана, Индия
Нефтеносные
горизонты Лено-Тунгусской впадины – самые древние вендского возраста.
Каледонский
этап – основная часть полезных ископаемых формировалась с осадочным чехлом
платформ. Выделяют эпохи:
накопления
фосфоритов в раннем кембрии Ср. Азия, Китай, Прибалтика, Вьетнам),
накопления
солей – Иркутская обл., Мичиган (США),
формирование
газо-нефтеносных горизонтов (м-е Хасси-Мессауд в Алжирской Сахаре, штатыКанзас
и Оклахома),
горючих
сланцев – Прибалтика,
оолитовых Fe
руд США и Канады.
В складчатых
областях с интрузиями ультраосновного состава связаны месторождения хромита (Ю. Урал),
асбеста (Тува, Канада), а с интрузиями кислого состава – золоторудные
месторождения Сев. Казахстана и Кузнецкого Алатау.
Герцинский
этап – формируются наиболее разнообразные по генезису и полезным компонентам
полезные ископаемые. Появляются новые группы – коры выветривания и ископаемые
угли.
Самые древние
– Девонские месторождения угля – о. Медвежий. Наиболее мощно угленакопление
происходило в краевых прогибах и на платформах происходило в Карбоне и Перми с
образованием Печерского, таймырского, Тунгусского бассейнов, в Китае, Индии и
Австралии.
Нефтеносные
горизонты формируются в Волго-Уральской провинции, на Тимане, в США, Канаде,
Иране.
Пермский
период – это эпоха соленакопления – м-е Верхнекамское, Германия, США.
На платформах
формируются месторождения бокситов – Тихвинское, Сев. Онежское, Китай.
С
раннегеосинклинальным вулканизмом связано образование месторождений
медноколчеданных руд на Урале, в Аппалачах; а с периодом завершающего этапа
складчатости и образованием магматических тел среднего и кислого составов
связано образование гидротермальных месторождений золота на Урале, олова – Корнуолл
(Англия), железо- и меднорудных скарновых месторождений (г. Магнитная,
Высокая, Краснотуринские и др.).
Киммерийский
(Мz) этап развития Земной коры – разнообразие полезных ископаемых различного
генезиса. На платформах формируются:
угленосные
толщи (Сибирь, Китай, Австралия);
эпоха
оолитовых Fe руд (Зап. Сибирь, Германия, Франция);
бокситы
(Урал, Сибирь, Ср. Азия, Франция, Испания и др.);
фосфориты
(пояс от Марокко до Сирии);
соли
Туркмении и Сев. Америки.
С трапповым
магматизмом связаны:
Cu-Ni
месторождения Норильской группы,
алмазы в
кимберлитах Африки, Якутии.
В геосинклинальных
складчатых областях с гранитными интрузиями связаны многочисленные
месторождения Sn, W, Mo, Cu, Pb, Au, Sb, Сев. Америки, Китая, Индонезии,
Приморья.
Особенность
мезозоя – формирование мощных толщ писчего мела.
Нефть и газ
образуют крупные месторождения в Зап. Сибири, Саудовской Аравии, Кувейте,
Иране, Ливии и др.
Кайнозойский
этап – на фоне разнообразия сформировавшихся месторождений следует выделить:
коры
выветривания Fe, Mn, Ni, Co и бокситов;
осадочные
руды Fe и Mn (Керченское, Чиатурское и др.);
1/3 мировых
запасов нефти (Кувейт, Кавказ, Туркмения, Иран, Ирак, Саудовская Аравия,
Каспий);
четвертичные
россыпи Au, Pt, Sn, алмазов и др.
С альпийской
складчатостью связаны своеобразные золотосеребряные месторождения.
|