Современная картина мира

Почти все эти движения плит сейчас подтверждены непосредственными измерениями с использованием методов высокоточной астрономической геодезии, измерены их скорости, которые составляют сантиметры в год, но окончательной точной модели структуры мантийной конвекции их порождающей пока еще нет.

Тем не менее, независимо от деталей механизма, порождающего изменения лика Земли, установлено твердо, что этот лик непрерывно меняется, причем глобально. Главным открытием последнего времени явилась нестабильность и относительная молодость океанов. Возраст Атлантического океана находится в пределах первых сотен миллионов лет. Он моложе многих горных систем, моложе многих рек. (Крупные реки, кстати, как правило, весьма старые объекты: река Ганг, например, гораздо старше Гималайских гор, которые она прорезает). Такие крупные перестройки как изменение конфигурации материков и океанов очень сильно влияют на все процессы в верхних оболочках Земли, в частности на атмосферные процессы и на климат.

Ядро вряд ли влияет непосредственно на тектонику, по крайней мере определить это влияние трудно, но одна важнейшая характеристика планеты, проявляющаяся на ее поверхности, должна зависить только от ядра. В ядре Земли находится источник земного магнитного поля, которое по современным воззрениям генерируется конвективными движениями в жидком железном ядре по принципу динамомашины с самовозбуждением.

Земной магнетизм хорошо изучен, причем не только в настоящее время, но в далеком прошлом по «магнитным записям», оставшимся в горных породах. Оказалось, в частности, что в истории Земли магнитное поле сильно и резко менялось и по величине и по направлению, причем неоднократно меняло свою полярность на обратную. Такие изменения также могли сильно влиять на процессы в атмосфере и на поверхности Земли. Так в периоды отсутствия магнитного поля в момент смены его полярности Земля оказывалась без магнитной защиты от потоков частиц солнечного ветра и мягких космических лучей.

Точной модели конвекции в ядре, которая позволила бы объяснить все особенности поведения магнитного поля пока нет, так же как и модели мантийной конвекции, объясняющей все детали глобальной тектоники. Но познание процессов, происходящих в недрах Земли и построение адекватных моделей дело не очень далекого будущего. Ученые активно работают над этими проблемами, которые имеют не только теоретическое, познавательное, но огромное практическое значение, так как соответствующие процессы существенным образом влияют на состояние географической оболочки, в которой протекает жизнь и осуществляется вся деятельность человека.

4. Географическая оболочка и биосфера

Верхняя часть, прежде всего поверхность, земной коры, включающая гидросферу, и атмосфера образует географическую оболочку - особую глобальную структуру, жизнь и развитие которой определяется как результатами диссипации внутриземной энергии, так и преобразованием потока энергии, получаемой от Солнца (и в малой степени воздействием других планет и дальнего космоса). Географическая оболочка - это та окружающая среда, в которой происходит жизнь человека. Поэтому изучение ее, глубокое понимание всех происходящих в ней процессов - жизненно важная задача.

Географическая оболочка преставляет собой сложнейшую динамическую систему, относительная стабильность которой поддерживается системой обратных связей, обеспечивающих баланс конструктивных и деструктивных процессов. Неоднородности поверхности Земли и внутренней структуры самого верхнего ее слоя, входящего в географическую оболочку, создаются в основном внутренними тектоническими - эндогенными - силами, возникающими за счет диссипации внутренней энергии планеты. Эти неоднородности разрушаются и сглаживаются в основном за счет внешних - экзогенных - факторов - действия перепадов температуры, текучей воды, ветра, живых организмов. Экзогенные факторы действуют за счет энергии солнечного излучения. В основном это факторы деструктивные, однако они не только разрушают, но и создают. Результат действия экзогенных сил - разнообразные осадочные горные породы, специфические формы рельефа и, в значительной степени, такой созидающий и разрушающий фактор как жизнь.

Совсем коротко охарактеризуем отдельные компоненты географической оболочки.

Земная кора. В географическую оболочку входит не вся земная кора, а лишь верхняя ее часть, толщину которой точно определить затруднительно. Можно сказать, что это та часть коры, вещество которой непосредственно участвует в круговороте, непрерывном взаимном обмене с другими компонентами - гидросферой и атмосферой - обеспечивающем стабильность географической оболочки. Это несколько верхних километров.

Рельеф твердой земной поверхности создают, прежде всего, вертикальные и горизонтальные движения, порождаемые эндогенными силами. Конфигурация наиболее крупных, глобальных структур - материиков и океанов - определяется горизонтальными движениями литосферных плит. Более мелкие особенности рельефа - в основном локальными вертикальными поднятиями и опусканиями связанными с глобальными горизонтальными движениями. Средние скорости поднятия одних блоков земной коры и опускания других обычно составляют несколько миллиметров в год; продолжительность однонаправленных движений может достигать десятков миллионов лет. Соответственно амплитуда движений - первых десятков километров.

Поднимающиеся горы сразу начинают разрушаться экзогенными силами, а прогибающиеся впадины - заноситься продуктами этого разрушения, образующими слои осадков. Поэтому высота гор и глубина впадин не превышает нескольких километров. В то же время толщина слоя осадков, заполняющих внешне неглубокую впадину, может достигать 20 км, а на вершине горы могут оказаться породы, сформировавшиеся на глубине во много километров. Слежавшиеся, сцементированные осадки образуют осадочные горные породы. На большой глубине под действием высоких температур и давлений осадочные породы сильно изменяют свой облик и превращаются в так называемые метаморфические породы. Слабо метаморфизованные породы не очень сильно отличаются от осадочных, а сильно метаморфизованные очень похожи на магматические. Магматические породы представляют собой поднявшиеся из глубины и застывшие расплавы. Такие расплавы пронизывают метаморфические и осадочные толщи, они могут останавливаться и застывать, не достигнув дневной поверхности, и образовывать плутонические тела, а могут изливаться на поверхность при вулканизме, в виде лавы.

Вертикальные движения земной коры обычно знакопеременны - глубокое погружение сменяется поднятием столь же большой амплитуды. Например, вершина пика Хан-Тенгри (6995 м. над уровнем моря) сложена мрамором - метаморфической породой, для образования которой из осадочной породы - известняка - необходимы температуры и давления, соответствующие глубинам более 10 километров под поверхностью Земли.

Таким образом, поверхность Земли слагают три основных типа горных пород: магматические, осадочные и метаморфические. Последние - результат переработки осадков действием высоких температур и давлений.

Атмосфера - воздушная оболочка Земли, имеющая примерный состав: азот -78%, кислород - 21%, благородные газы (в основном аргон) - 1% и сотые доли процента углекислого газа. Состав атмосферы Земли не похож на состав атмосфер других планет солнечной системы, так как в основном обусловлен наличием жизни.

Гидросфера включает воду морей и океанов, рек и озер, ледников полярных и горных, грунтовые воды, лед вечной мерзлоты, водяной пар атмосферы. Таким образом, гидросфера пересекается с литосферой и атмосферой: лед, особенно лед вечной мерзлоты - это, по существу нормальная горная порода, а водяной пар - один из компонентов атмосферных газов. И все же всю воду выделяют в отдельную оболочку, так как только она способна в пределах географической оболочки одновременно существовать во всех трех фазах - твердой, жидкой и газообразной - и играет в ней такую исключительную роль. Географическая оболочка Земли практически совпадает с биосферой - областью распространения жизни. Жизнь не только располагается в этой зоне Земли, но является ее неотъемлемым компонентом, в значительной степени определяющим весь ее состав и структуру. Состав атмосферы Земли в основном сформирован жизнью, и ею же создана значительная часть горных пород (например, известняки). Полностью обязан жизни такой важный компонент географической оболочки как почва. На огромную геологическую роль живого вещества впервые указал крупнейший русский ученый-геолог и мыслитель Владимир Иванович Вернадский.

О геологическом эффекте жизни говорит, например, такой факт: если вернуть в атмосферу всю углекислоту, заключенную в органогенных карбонатных горных породах, то атмосфера Земли станет такой же плотной, как на Венере. Живые организмы резко ускоряют процесс разрушения горных пород, как непосредственно воздействуя на них химически и механически, так и за счет поддержания состава химически агрессивной кислородной атмосферы. Жизни обязаны своим происхождениям огромные месторождения горючих ископаемых - угля, нефти и газа. Но не только они. Оказывается многие месторождения металлических руд также связаны с деятельностью живых организмов, например болотные железные руды или железо-марганцевые конкреции на дне океанов. Колонии живых организмов способны тысячекратно концентрировать и накапливать определенные химические вещества, создавая необходимые геохимические барьеры. И, наконец, разумная жизнь, человек, тоже стал геологической силой, как разрушающей, так и созидающей.

Жизнь - это высшая (наиболее сложная) известная нам форма организации материи, представляющая собой систему живых организмов - диссипативных структур, способных к самовоспроизведению с накапливанием и передачей информации от одного поколения к другому. Это лишь одно из возможных определений жизни. Высшей формой жизни стала разумная жизнь, способная к познанию окружающего мира и самой себя, а также к активному сознательному приспособлению окружающего мира к своим нуждам. Живое настолько резко отличается от неживого, что до сих пор жизнь представляется необъяснимой загадкой, хотя в общем она укладывается в общую концепцию диссипативных структур - это новая сложная структура, ускоряющая, усиливающая общий процесс диссипации, производства избыточной энтропии.

Жизнь стала определяющим фактором эволюции на Земле. Существует ли она где-либо еще во Вселенной? Если существует, то способна ли она стать определяющим фактором эволюции мира в целом? На эти волнующие вопросы пока нет ответа. Мы поговорим о них подробнее в конце нашего изложения, а сейчас остановимся на эволюции нашей биосферы, роли и месте человека в этой эволюции и перспективах развития человеческой цивилизации.

Список литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Курс лекций. М., Центр, 2007 - 208 с.

2. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 2007. - 383 с.

3. Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания: Учебн. пособие для вузов.-М.:Аспект Пресс, 2007. -256 с.

4. Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Уч. пособие.-М. «Маркетинг», 2007. - 160 с.

5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник.-М. Высшая школа. 2007. - 334 с.

6. Клинк Н.Ю. Краткий конспект лекций по КСЕ.- кафедра современного естествознания СПб ИНЖЭКОН ( филиал в г.Чебоксары), 2009.

7. Конспект лекций по КСЕ. - Сост. Ревская Н.В.- СПб: Альфа. 2008.-160 с.

8. Концепции современного естествознания. - Под ред. В.Н.Лавриненко.: М.ЮНИТИ, 2008.- 303 с.

9. Концепции современного естествознания.: учебник для вузов под ред.С.И.Самыгина.- Ростов-н-Д.: Феникс, 2008, 2003.-576 с.

10. Липовко П.О. Практикум по естествознанию - Ростов-на-Дону/ Феникс. 2008.- 320 с.

11. Лось В.А. Основы современного естествознания. Уч. пособие. М., ИНФРА, 2007. - 192 с.

12. Масленникова И.С., Дыбов А.М., Шапошникова Т.А. Концепции современного естествознания. - СПб, СПбГИЭУ. 2008.-283 с.

13. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М.:Высшая школа, 2009.

14. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов.-М.:ЮНИТИ,2009.-287 с.

15. Торосян В.Г. Концепции современного естествознания. М.:Высшая школа, 2009.- 208 с.

Размещено на Allbest.ru