Алексей Иванов: 10 основных геологических фактов

«Троицкий вариант» №8(77), 26 апреля 2011 г.

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.

Изображение с сайта zebu.uoregon.edu

1. 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).
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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».
8. 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).
9. 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.