Эволюция Земли и ее возраст

Геофизические и историко-геологические исследования Земли позволяют выделить в ее истории две стадии развития: догеологическую и геологическую.

Догеологическая стадия начинается с зарождения газово-пылевой туманности, последующего сгущения материи и образования первичных планет (протопланет). Первичная планета Земля по размерам в 8—10 раз превышала современные ее границы. Последующие процессы сжатия и уплотнения материи, вызванные силами гравитации и вращения, способствовали разогреванию земных недр, дифференциации вещества и расслоению его на оболочки.

Геологическая стадия — это стадия формирования земной коры: начало ее связывают с началом активного воздействия солнечной энергии на поверхность Земли. Взаимодействие тепла, горных пород, водяных паров и других факторов привело к появлению качественно новых, так называемых экзогенных геологических процессов. Экзогенные геологические процессы способствовали химическому и физическому разрушению первичной коры и накоплению осадков. Предполагается, что возраст Земли 4,2·10⁹— 6х10⁹ лет - по оценке А.П. Виноградова и С.И. Зыкова - 5 млрд. лет.

Внешние оболочки Земли

Они не имеют четких границ, через них осуществляется связь Земли с межпланетным пространством, они находятся в тесном взаимодействии друг с другом и каменным телом Земли.

Атмосфера

Атмосфера — газовая оболочка Земли. В верхней части атмосфера сильно разрежена и постепенно переходит в межпланетное пространство. В нижних слоях она уплотнена и насыщена парами воды и пылью. В жизни Земли атмосфера имеет большое значение. Она удерживает солнечное тепло, в ней формируются погодные и климатические условия, оказывающие существенное влияние на режим жизни Земли и ход геологических процессов.

Различия в составе и свойствах позволили разделить атмосферу на ряд слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу (рис. 6). Промежуточ­ный слой над тропосферой называют тропопаузой, над стратосфе­рой — стратопаузой и т. д.

Рис. 6. Схема строения атмосферы: 1- облака конвекции и перистые, 2 - слой озона

Тропосфера (переменная оболочка). Она омывает поверхность суши и океанов, содержит около 80% всей массы воздуха атмосферы. Толщина оболочки изменчива. Над средними широтами мощность ее 8-12 км, в экваториальной части она увеличивается до 17 км. Воздух в тропосфере состоит из газов, паров воды и пылеватых частиц.

В сухом воздухе (без влаги и пыли) 73,09% азота, 20,95 кислорода, 0,93 аргона, 0,03% углекислого газа. В небольшом количестве в составе газов встречаются водород, гелий, неон, радон, озон, йод, метан и др. (в сумме около 0,01%).

Рис. 7. Схема взаимоотношения геосфер Земли

Водяные пары составляют около 4% всей массы атмосферы и сосредоточены в основном в тропосфере, В воздух они попадают в результате испарения воды с поверхности Земли. Благодаря восходящим потокам воздуха водяные пары поднимаются в верхние слои тропосферы, где охлаждаются, конденсируются и образуют облака. Водяные пары, насыщая воздух, обусловливают его влажность. Содержание влаги измеряется количеством водяных паров, содержащихся в 1 м³ воздуха при данной температуре (абсолютная влажность), или в процентах, выражающих отношение содержания влаги в воздухе к ее количеству, необходимому для полного насыщения воздуха при данной температуре (относительная влажность).

Пыль — неотъемлемая часть атмосферы. В воздухе присутствует пыль земного и космического происхождения. Основными ее источниками являются сухие земли материков, продукты вулканических извержений, отходы индустриального производства. Количество пыли в атмосфере составляет многие миллионы тонн. Как показали исследования, в приземном слое воздуха в сухую погоду в 1 см³ содержится 150 тыс. пылинок. Даже после дождя в 1 см³ воздуха остается до 30 тыс. пылинок. С высотой количество пыли уменьшается. Пыль наземного происхождения состоит из мельчайших обломков кварца, глинистых частиц, чешуек слюды, частиц соли. Последние попадают в воздух вместе с морскими брызгами, поднимающимися в воздух при сильном ветре. Космическая пыль обнаружена на больших высотах. Пылеватые частички рассеивают солнечные лучи и служат центрами конденсации водяных паров при образовании облаков и туманов.

Стратосфера (слоистая оболочка). Она простирается над тропосферой до высот 50—55 км. Воздух в стратосфере сильно разрежен и нагрет. Давление в 1000 раз меньше, чем в приземном слое, температура от —10 до +10°С. Водяные пары в стратосфере почти отсутствуют. Иногда во время сильных гроз кучевые облака тропосферы проникают в стратосферу, образуя удивительные по своей красоте перламутровые облака. Пылеватые частицы попадают в стратосферу в основном из космоса. Физический режим стратосферы оказывает влияние на соседние с ней оболочки — тропосферу и мезосферу.

Мезосфера (средняя оболочка). Она имеет незначительную мощность — 25—30 км. Давление понижается до 1,33 Па, а температуры падают до —90°С. В нижних слоях мезосферы обнаружен озон. Удивительным явлением этой части атмосферы являются серебристые облака, ранее называвшиеся сумеречными (хорошо наблюдались в сумерки или ночью). Мезосферные ветры проявляются на высотах 60—65 км, причем летом это ветры западных направлений, зимой — восточных. Скорость ветра от 60 до нескольких сотен километров в час.

Термосфера (тепловая оболочка) и экзосфера (оболочка рассеивания). Они объединяются под общим названием ионосферы. Такое объединение объясняется тем, что в пределах оболочек воздух ионизирован. Состав газов и ионосфере находится в прямой зависимости от активности Солнца. Так, в 1958 г. (год «активного Солнца») на высотах 900—1000 км преобладали ионы кислорода, а в 1964 г. (год «спокойного Солнца») на высоте 1000—1200 км верхняя атмосфера состояла из водорода.

Верхняя граница атмосферы фиксируется на высоте 1300 км. Выше ее состав приближается к составу межпланетного пространства.

Погода и климат. Режим атмосферы крайне изменчив. Это мы ощущаем ежедневно в виде изменений погоды. Погода — это физическое состояние атмосферы, характеризуемое комплексом атмосферных факторов, таких, как ветер, температура, давление, влажность. В зависимости от изменения этих факторов погода бывает теплой или холодной, дождливой или солнечной и т. д. Кухней погоды по праву считают тропосферу, где воздух насыщен влагой, резкие перепады температуры вызывают движения воздушных масс, а зоны высокого и низкого давлений способствуют зарождению циклонов, антициклонов и других вихревых течений. Резкие изменения режима атмосферы вызывает усиление солнечной активности.

Многолетний режим погоды, определяющийся комплексом физико-географических условий для данной местности, принято называть климатом. Климат характеризуется определенной совокупностью погодных условий, или климатических факторов. На земном шаре выделен ряд климатических поясов, отличающихся друг от друга количеством получаемого солнечного тепла, количеством атмосферных осадков и другими климатическими факторами: полярные, умеренные, тропические и экваториальный.

Климатические условия периодически меняются. Потепления сменяются похолоданием и наоборот. Изменение климата происходило и в далеком прошлом Земли. Об этом рассказывают нам слои горных пород. Наука, занимающаяся изу­чением климатов геологического прошлого Земли, получила название палеоклиматологии.