Специфической особенностью развития Земли являются исключительная длительность и огромные масштабы многих существеннейших геологических процессов, распространяющихся на огромные территории и растягивающихся на миллионы и миллиарды лет. По сравнению с этим не только жизнь отдельных людей, но и существование всего человечества представляется мгновенным эпизодом в истории планеты. Геологические процессы, изменяющие земную кору и формирующие ее, если и могут наблюдаться (многие из них вообще недоступны для непосредственного наблюдения и не-воспроизводимы в лабораторных условиях), то на протяжении ничтожно короткого промежутка времени по сравнению с их общей продолжительностью. Судить об этих процессах можно лишь по их результатам, проявляющимся, например, в образовании различных пород и руд, геологических структур, разных типов рельефа земной поверхности и т. д., определяющим строение и состав земной коры. Понять эти процессы можно, восстанавливая шаг за шагом их историю и в конечном счете историю Земли, ее твердой оболочки. Вот почему геология прежде всего — историческая наука. Она стала успешно развиваться лишь после того, как были выяснены в XVII— XVIII вв. общие закономерности процесса осадконакопления (порядок формирования слоистых осадочных пород), а также была разработана на рубеже XVIII и XIX вв. методика определения относительного возраста осадочных пород, основанная на изучении включенных в них остатков вымерших организмов. Изучение этих остатков показало, что каждой эпохе развития Земли соответствуют определенные, свойственные ей формы органического мира — животные и растения, населявшие в то время Землю.
Метод определения относительного возраста горных пород позволил разработать общую для планеты геохронологическую шкалу, выделить запечатленные в камнях эры, периоды, эпохи и века в развитии органической жизни и соответственно разделить массы горных пород, слагающих верхние горизонты земной коры, на последовательно сменяющиеся группы, системы, отделы и ярусы, отвечающие по времени образования эрам, периодам, эпохам и векам. Это позволило также установить последовательность проявления, масштаб и относительную длительность геологических процессов, имевших место в геологическом прошлом.
Значительно позднее — после открытия радиоактивного распада — были разработаны методы определения точного (абсолютного) возраста (точнее, времени первичного образования или преобразования) горных пород. Применение этих методов показало, что длительность существования земной коры превосходит 3,5—4 млрд. лет, причем основная часть этого времени приходится на древнейшие эры в жизни Земли — архейскую и протерозойскую, для выяснения истории которых палеонтологический метод непригоден. Изучение строения докембрийских толщ на радиометрической основе позволило выявить ряд крупнейших переломных моментов («великих обновлений») в истории формирования земной коры в эти древнейшие времена.
Однако для суждения о геологических процессах оказалось недостаточно представления о их возрасте, длительности проявления и масштабах. Для этого нужно было понять и объяснить их сущность, содержание и направленность. Ж.Кювье и его ученики (А. Д. Орбиньи, Ж. Агассис и др.), выявившие изменения органического мира, объясняли их периодически повторявшимися в истории Земли катастрофами, уничтожавшими все организмы. Появление после катастроф новой жизни объяснялось новыми актами творения. Эти взгляды разделялись крупнейшими европейскими геологами XIX в. и были положены в основу представлений о вулканизме, горообразовании и др. Они сыграли отрицательную роль в развитии геологии, так как объясняли развитие Земли мистическими причинами («чудесами», по образному выражению Ф. Энгельса). Поэтому в развитии геологии огромное значение имело введение эволюционного метода, известного под названием актуализма.
Актуализм возник стихийно в борьбе против религиозных представлений о сотворении мира в XVI и XVII вв., но был оформлен лишь в 30-х годах XIX в. крупнейшим английским геологом Ч. Лайелем. Сущность этого метода заключается в определении решающей роли связи настоящего с прошедшим для понимания геологических процессов. Как писал Ч. Лайель, «настоящее — ключ к познанию прошлого», т. е. только тщательное изучение современных геологических процессов и сравнение их результатов с результатами геологических процессов далекого прошлого может указать правильный путь к пониманию сущности последних. Принцип актуализма оказал огромное положительное влияние на развитие современной геологии, и с ним справедливо связывают начало ее зарождения.
В настоящее время идея актуализма претерпела серьезные изменения. Советские геологи придали ей новую, качественно более высокую форму сравнительно-исторического метода. Сравнение образований прошлых геологических эпох с современными производится не механически, а с учетом изменений физико-географических условий и процессов породообразования, предопределивших современную нам геологическую обстановку.
Основным методом геологии является геологическая съемка — совокупность геологических исследований, необходимых для всестороннего изучения геологического строения и полезных ископаемых местности. Геологическую съемку называют также геологическим картированием, поскольку она всегда или сопровождается составлением геологической карты, или опирается на геологическую карту и вносит в нее те или иные дополнения и уточнения. При геологическом картировании широко используются многочисленные и разнообразные геофизические, геохимические методы, аэрофотосъемка, а также мощная современная техника, позволяющая создавать искусственные обнажения на разных глубинах.
Правильная интерпретация всех этих методов возможна лишь на хорошей геологической основе, и до последнего времени они имели вспомогательное значение при геологической съемке. Однако в настоящее время, когда для большей части материков имеются геологические карты, роль этих методов растет и часто они становятся ведущими. Особенно велико значение геофизических методов для изучения геологического строения дна морей и океанов, а также глубоких недр и Земли в целом. Наконец, в последнее время выявляется положительное значение «космических» методов, позволяющих рассматривать Землю с огромных высот и сравнивать ее с другими планетами Солнечной системы.
4. Строение , состав и происхождение земли
Строение земного шара явилось результатом сложных процессов, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности. Земля имеет форму геоида (греч. ge — земля, eidos — вид), т. е. шара, несколько сплюснутого у полюсов. Полярный радиус Земли — 6357 км, экваториальный — 6378 км, т. е. разница составляет 21 км. Общая площадь Земли 510 млн. км2.
Земля состоит из нескольких оболочек — сфер. Атмосфера — газовая оболочка, состоящая в основном из азота, кислорода, паров воды и углекислоты. Толщина оболочки примерно 2000 км.
Гидросфера — несплошная водная оболочка Земли, представленная морями и океанами. Средняя глубина морей и океанов 3—4 км, в некоторых частях до И км. Вода на Земле образовалась в результате геологических процессов, во время формирования и последующего развития Земли.
Биосфера — область распространения жизни на Земле, охватывающая атмосферу до 5—7 км, гидросферу — практически на всю ее глубину и литосферу — до 2—3 км.
Литосфера — каменная оболочка Земли толщиной 10—70 км, покрытая сверху осадочным слоем мощностью до 8—10 км. Мощность литосферы на материках выше, чем в океанах. Верхняя часть ее гранитная, нижняя — базальтовая. В океанах гранитная оболочка отсутствует. Толщина базальтов 8—10 км. Каменная оболочка Земли называется сиалитной (по начальным буквам наиболее распространенных элементов Si, Al). Иногда ее называют сиаль. Плотность спалитной оболочки Земли колеблется в пределах 2,6—2,7 г/см3. Масса верхних слоев на глубине 20—50 км создает давление 1,3—J5 * 103 МПа, в связи с этим температура нижней части спалитной оболочки поднимается до 900° С
Ниже литосферы находится верхняя мантия, или «сима» (название по основным элементам — Si, Mg), толщина которой около 400 км. Плотность вещества в верхней части «симы» равна 3,3—3,5, а в нижней — до 4 г/см3, давление до 1,5-105 МПа, температура 1200—1300°С. Верхняя часть мантии называется астеносферой.
Под мантией расположены промежуточная мантия, имеющая толщину 110 км, и нижняя мантия мощностью 1400 км. Плотность вещества возрастает примерно до 10 г/см3 при давлении 2—2,5-10 в 5 степени МПа и температуре около 2500° С. Вещество мантии согласно последним геофизическим данным находится в твердом, аморфном состоянии.
Центр Земли составляет ядро радиусом 3—3,5 тыс. км, с давлением около 3-105 МПа, температурой 3000° С, плотностью 11—12 г/см3. При таких условиях все вещество ядра Земли находится в металлизированном состоянии, по-видимому, обусловливая появление магнитного поля. Состав ядра точно не известен. Существует представление, что оно по составу железо-никелевое, или «нифе» (Ni, Fe), и твердое. По некоторым гипотезам, ядро Земли находится в жидком состоянии.
Наша планета – крупнейшая из планет земной группы в Солнечной системе. Она состоит в основном из железа (32,1%), кислорода (30,1%), кремния (15,1%), магния (13,9%), серы (2,9%) и никеля (1,8%), все остальные вещества довольно редки и все вместе составляют не более 1,2%. Чтобы понять, каков состав Земли, нужно взглянуть на обстоятельства ее образования.
Современная наука считает, что Земля образовалась вместе с другими планетами Солнечной системы около 4,5 млрд. лет назад из вещества, вращавшегося беспорядочно вокруг юного Солнца. Благодаря магнитному полю, планета захватывала куски и обломки, вращавшиеся рядом, и росла. Сначала это происходило так бурно, что Земля сильно нагрелась – кинетическая энергия притягиваемого вещества превращалась в тепловую. Постепенно с ростом планеты эта энергия образовывалась уже не на поверхности, а в глубине, под влиянием температуры и гравитации вещество расслаивалось – более легкие вещества поднимались на поверхность и образовывали земную кору. По мере того, как Земля охлаждалась, кора затвердевала, а высвобождаемые при этом газы либо улетучивались в космос, либо, если были достаточно тяжелыми, задерживались притяжением планеты и образовывали атмосферу. Часть водяных паров впоследствии сконденсировалась и образовала мировые океаны.