1. Возраст Земли впервые определен в 1956 г. по соотношению различных изотопов свинца в двух железных и трех каменных метеоритах. Линия в координатах 207Pb/204Pb – 206Pb/204Pb, проходящая через эти метеориты, определяет возраст и называется геохроной. Средний состав земной коры лежит на геохроне, указывая на то, что возраст Земли близок возрасту метеоритов. Самые древние минералы метеоритов имеют возраст ~4,6 млрд лет, а самые древние минералы Земли — возраст ~4,4 млрд лет.
2. На ранней стадии существования Протоземли происходило объемное плавление. При этом железо мигрировало к центру под действием сил гравитации, что привело к формированию ядра за менее чем 30 млн лет существования Земли. Кроме железа в ядре присутствует до 15% более легких элементов, наиболее вероятно, никеля, кремния и кислорода. Внешнее ядро — жидкое, внутреннее — твердое. Конвекция (перемешивание) в жидком металлическом ядре генерирует магнитное поле Земли (так называемое геодинамо).
3. Валовый элементный состав Земли соответствует хондритовым метеоритам. Мантия обогащена кремнием относительно исходного состава Земли, а кора обогащена кремнием относительно мантии. Значительная часть коры, главным образом на континентах, сложена богатыми кремнием породами — гранитами. Граниты встречаются и на других планетах, на Луне и астероидах, однако там они крайне редки.
4. Мантия находится в твердом состоянии. При этом мантийное вещество медленно перемещается — конвектирует так, что на промежутках времени в миллионы лет мантию можно моделировать как очень вязкую жидкость. Тектоника плит — свидетельство конвекции. Максимально известные скорости движения плит составляют порядка 20 см/год.
5. В срединно-океанических хребтах за счет вулканизма непрерывно образуется новая океаническая кора — идет спрединг океанического дна, а в зонах субдукции океаническое дно уходит обратно в мантию, что позволяет объему Земли оставаться практически неизменным. Однако ее внешний вид со временем меняется: литосферные плиты постепенно реорганизуются — соединяются в единое целое, разделяются на части, появляются новые плиты и исчезают старые.
6. Большинство вулканов (как и землетрясений) локализовано по границам больших и малых литосферных плит. При вулканическом процессе породы источника плавятся только частично. В зависимости от степени частичного плавления, температуры, наличия флюидной фазы, ее состава, а также состава плавящегося вещества, на поверхность могут изливаться магмы самого разнообразного состава. Доминируют силикатные магмы, среди которых преобладают базальты. Встречаются очень экзотичные магмы — такие как, например, натровые карбонатиты, состоящие из соды (Na2CO3) и других карбонатов.
7. Подавляющее количество землетрясений происходит в пределах хрупкой коры, мощность которой на континентах составляет в среднем ~40 км, а в океанах — 10 км. Однако в зонах субдукции землетрясения происходят и на большей глубине, вплоть до ~700 км.
8. Энергия радиоактивного распада изотопов 235U, 238U, 232Th и 40K дает не менее половины тепловыделения Земли. Уран, торий и калий сосредоточены, главным образом, в континентальной коре. Примерно 1,8 млрд лет назад в Африке действовал природный ядерный реактор «Окло».
9. Первые живые организмы на Земле появились по крайней мере 3,46 млрд лет назад. Расцвет организмов с твердым скелетом начался много позже — 545 млн лет назад. После этого жизнь была почти на грани исчезновения 5 раз во время так называемых массовых вымираний. Длительность вымираний была очень короткая в геологическом масштабе времени (миллионы лет или меньше).
10. Текущие климатические изменения (потепление ~1° за столетие) являются лишь небольшой флуктуацией на фоне климатических изменений в геологическом прошлом. На Земле неоднократно были гораздо более теплые и существенно более холодные, чем сейчас, периоды времени. Однако современная цивилизация развилась в течение последнего периода относительно стабильного климата, и прошлые, более масштабные пертурбации ее не затрагивали.
Алексей Иванов
10 основных геологических фактов (в формате Word)
Загрузка...
8. Почему? Ну, ладно калий, а торий и уран точно не могли всплыть.
есть такое понятие – совместимые/несовместимые элементы. При частичном плавлении несовместимые элементы уходят в расплав. U, Th и K сильно несовместимы с основными мантийными минералами (оливин, ортопироксен, клинопироксен, шпинель или гранат в зависимости от глубины). Т.е. здесь дифференциация идет не по весу, а в зависимости от геохимических свойств элементов.
Есть такое понятие в полупроводниковой технологии, как коэффициент сегрегации – отношение концентрации примеси в твёрдой фазе к оной в жидкой при равновесных условиях. Если он больше единицы, то примесь высаживается преимущественно в твёрдую фазу.
ну да, у нас в геологии это называется коэффициентом распределения. У U, Th, K коэффициент распределения оливин/расплав, клинопироксен/расплав, ортопироксен/расплав, шпинель или гранат/расплав и соответственно валовый коэффициент распределения мантийная порода/расплав много меньше 1.
1. Почему в основные геологические факты попали сведения о том, что а) встречаются очень экзотичные магмы — такие как, например, натровые карбонатиты, состоящие из соды (Na2CO3) и других карбонатов; б) 1,8 млрд лет назад в Африке действовал природный ядерный реактор «Окло»?
Это правда имеет фундаментальное значение для геологии?
2. Жизнь ни разу не была на грани исчезновения в фанерозое, кроме разве что пермо-триасового вымирания. Были ли такие периоды в докембрии, насколько я знаю, точно не известно; но там они более вероятны (в периоды глобальных оледенений).
3. Именно скорость изменений (~1° за столетие) – лишь небольшая флуктуация? Действительно ли в прошлом зафиксированы столь же большие скорости изменений климата?
1. Да, считаю, что эти примеры имеют фундаментальное значение.
Ядерный реактор в Окло – показывает, что однажды в природе была запущена цепная реакция.
Карбонатиты – имеют очень важное значение для понимая процессов плавления. До извержения вулкана Олдоньо-Ленгай, например в СССР считалось, что карбонатитовых магм не существует.
Кроме того и ядерный реактор и карбонатиты (расплавленная пищевая сода, lol) – яркие, запоминающиеся примеры.
2. Само по себе массовое вымирание подразумевает наличие видового разноообразия, которое характерно только для фанерозоя. Поэтому для докембрия – массовые вымирания просто не могут даже обсуждаться. Кроме того, отсутствие организмов с твердым скелетом сильно затрудняет их изучение. Например о том, что в докембрийском океане появились хищники судят по косвенным признакам, таким как энергетически не выгодное увеличение размера одноклеточных организмов.
3. Даже в недавнем геологическом прошлом в ледниковые периоды температура была существенно ниже, чем сейчас. Сегодня мы живем в самом конце межледниковья.
В докембрии были короткие периоды, так называемые snowball earth, когда возможно вся Земля, включая океаны, была покрыта льдом. В эоцене, ~ 40 млн лет назад, климат по всей Земле был гораздо более теплый, чем сейчас.
Спасибо за комментарий.
1. Я так и не понял, почему возможность природного ядерного реактора и способность карбонатитов плавиться – фундаментальные для геологии факты. Но об этом мне судить трудно. Примеры и вправду запоминающиеся – это верно.
2. Утверждение, что “видовое разнообразие характерно только для фанерозоя” – извините, нонсенс. Просто в протерозое оно было пониже, ну и что? Да, пока ископаемые остатки планктонных хищников протерозоя не найдены. Но и о массовой смене одних видов акритарх другими, и о массовом вымирании вендской биоты мы судим точно по тем же самым косвенным признакам, что и о более поздних массовых вымираниях – по исчезновению этих форм из геологической летописи. (Признак этот косвенный, так как могли измениться условия захоронения или уменьшится ареал и численность группы, а на самом деле она не вымерла.) Еще раз хочу подчеркнуть мысль о том, что на протяжении фанерозоя жизнь ни разу не была “почти на грани исчезновения”.
3. Жаль, что Вы не ответили на прямой вопрос – зафиксированы ли в прошлом столь же большие СКОРОСТИ (~1° за столетие) изменений температуры?
Ядерный реактор. Принципиальная возможность запуска самопроизвольной цепной реакции, само по себе очень фундаментальный факт. Вопрос в том, почему только однажды в истории Земли. Стандартный ответ (меня он лично не очень устраивает), что 1.8 млрд лет назад уже были условия для концентрирования урана и еще достаточно высокое соотношение 235/238. Сегодня из-за более быстрого деления 235U это соотношение в природном уране слишком низкое, а до 1.8 млрд лет – не было достаточных урановых залежей. Карбонатиты. Этот пример говорит о важной роли CO2 в процессе плавления мантии. Здесь очень красивая физика/геология. При некой усредненной (нормальной) геотерме перидотитовая мантия находится в твердом состоянии. Чем глубже, тем выше температура, но тем выше и давление, не позволяющее появляться расплавам. Однако если в мантии присутствует углекислота (она там связана в карбонатах), то при повышении давления она высвобождается, появляется свободный флюид, что приводит к резкому снижению температуры плавления. Это пример как могут появиться магмы без роста температуры. Ну и сам пример, ИМХО, – содовая магма -достоен быть в списке 10 фактов. Вымирания. Давайте по пунктам моего текста (мне казалось, что он не позволяет “цепляться” таким образом (слово цепляться в кавычках, не имею в виду негативного оттенка). Первые живые организмы на Земле появились по крайней мере 3,46 млрд лет назад. Согласны? Расцвет организмов с твердым скелетом начался много позже — 545 млн лет назад. Согласны? После этого жизнь была почти на грани исчезновения 5 раз во время так называемых массовых вымираний. Так понимаю не согласны. Видимо сильно по журналистки звучит, возможно надо было, что то типа того – исчезали до 70-80% видов. Длительность вымираний была очень короткая в геологическом масштабе времени (миллионы лет или меньше). Думаю с этим согласны. По скоростям. Что бы говорить о скоростях типа “1 градус/100 лет” надо иметь такую временную линейку, с разрешением хотя бы в 10 лет, плюс по всему миру, для необходимого… Подробнее »
блин, целый трактат улетел в небытие. Повторюсь максимально кратко.
1.
реактор – принципиальная возможность запуска цепной реакции. Куда уж фундаментальнее.
карбонатиты – роль углекислоты в магмообразовании. Тут красивая физика/геология. При стандартной (средней) геотерме с глубиной растет температура, но растет и давление, что не позволяет плавиться мантии. Если в мантии есть карбонаты, то они при некоторой глубине оказываются неустойчивыми, углекислота не растворяется (в отличие от “воды” – протона) в минералах, образуется флюид, температура плавления мантии (солидуса) падает на десятки градусов и появляется расплав. Например, Dalton and Presnall (год не помню, пишу из дома).
2. Вымирания.
Кто-то выделял в докембрии массовые вымирания? Нет. Соответственно я о них и не пишу.
Не было на грани исчезновения? Соглашусь, что более корректно было написать типа “исчезало до 80% видов”. Цианобактерии ничем не убить.
3. Вопрос не имеет корректного ответа. Невозможно построить глобальную температурную кривую с дотаточным для сравнения разрешения для далекого геологического прошлого. Тем не менее, даже по ледовым кернам выявляются более существенные, хотя и региональные, температурные скачки.
http://www.aip.org/history/climate/rapid.htm Greenland had sometimes warmed a shocking 7°C within a span of less than 50 years.
о, нет, все запостилось. теперь даже в двух версиях ))
Еще раз спасибо. Пункт 1 стал намного понятнее (даже мне). По поводу вымираний – в целом нормально. Про темпы повышения температуры я так примерно это себе и представлял. Тем не менее, данные для Гренландии впечатляют.
пришел на ум еще один пример быстрых изменений глобальной температуры, который можно смело экстраполировать в прошлое.
Извержение вулкана Пинатубо в 1981 г. привело к глобальному похолоданию на 1 градус в последующие два года. Другие вулканы, Кракатау, Тамбора и др. давали более заметные эффекты на похолодание. Выбрасывается сера в стратосферу, где она образцет серную кислоту, которая распространяется глобально и препятствует проникновению солнечных лучей. В США известны, так называемые, супервулканы http://trv-science.ru/2009/04/28/pozhirateli-ozonovogo-sloya/. Одноименное кино Вы возможно видели. Так вот эффект от извержения такого супервулкана гарантировано давал глобальные эффекты более ощутимые, чем нынешнее глобальное потепление (с обратным знаком), антропогенная составляющая которого приписывается последним ~40 годам из более чем 100-летнего тренда.
А если вспомнить метеориты типа Чиксулубского, то там резкие скачки от похолодания, к последующему потеплению нам и не снились ))
Спасибо большое! Когда знакомые, вроде бы, факты организуются в ёмкую информативную справку, это как прессованный торф вместо веточек – горит жарче и дыма меньше.
Я слышал, что тепловыделение земли обусловлено гравитационной дифференциацией вещества. Постепенным переходом потенциальной энергии во внутреннею энергию в следствии опускания вещества к центру. Так ли это ?
Внутренними источниками теплового поля Земли являются[1]:
распад радиоактивных изотопов U, Th, K;
гравитационная дифференциация вещества;
приливное трение;
метаморфизм;
фазовые переходы.
По мнению большинства учёных основным источником внутреннего тепла Земли является распад радиоактивных элементов.
Другие учёные считают основным источником гравитационную дифференциацию вещества.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%E5%EE%F2%E5%F0%EC%E8%FF
Радиоактивность дает по разным оценкам от 50 до 100%, в зависимости от принимаемой модели Земли и принимаемой модели для подсчета теплопотерь.
Две ссылки ниже дают как раз представления о двух контрастных альтернативах. Если у Вас нет доступа, то могу выслать pdf.
Кратко.
Устоявшаяся (доминирующая) точка зрения (первая ссылка) – общее тепловыделение 46+-3 TВт, из них радиоактивность примерно половина или даже чуть меньше. Исходный состав Земли – углистые хондриты. Из-за того, что радиоактивность дает всего половину, есть место для других источников тепла, в том числе запасенных Землей во время гравитационной дифференциации вещества.
Критики этой точи зрения (вторая ссылка) указывают, что, во-первых, общее тепловыделение оценено неверно. И действительно 46 TВт это НЕ ИЗМЕРЕННОЕ, А МОДЕЛЬНОЕ значение. Оно состоит из измеренных значений для континентов и модельных для океанов. Поскольку океанические пространства занимают большие площади, то значение тепловыделения Земли в доминирующей точке зрения зависит от правильности принимаемой модели теплопотерь для океанов. Если все-таки использовать измеренные, а не модельные значения как для континетов так и для океанов, то общее тепловыделение получается всего 31 +- 1 ТВт. Если принимать углистые хондриты, как исходный строительный материал Земли, то радиоактивность дает 2/3 от этой величины. Если брать энстатитовые хондриты, то достаточно одной только радиоактивности без других источников тепла.
В любом случае – радиоактивность это основной источник тепла на Земле.
T.Lay, J. Hernlund, B.A. Buffett / Nature Geoscience 1 (2008) 25-32
A.M. Hofmeister, R.E. Criss / Tectonophysics 395 (2005) 159–177
Геохрон это термин Мазаровича для мегахрона, не так ли? Может вы имели в виду изохрону?
Нет. Геохрона – это изохрона с возрастом Земли в свинцовых изотопных координатах. Так исторически сложилась терминология.