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
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 усреднения на глобальное. Таких записей для далекого геологического прошлого просто нет. Единственное на что можно опираться — это ледовые керны, данные по которым говорят, что бывали скорости изменений и повыше http://www.aip.org/history/climate/rapid.htm » Greenland had sometimes warmed a shocking 7°C within a span of less than 50 years.»
Другое дело — это региональные изменения. Пересчитать в глобальные на временной шкале с разрешением, достаточным для сравнения с инструментальной записью температур последнего столетия, невозможно. Т.е. на Ваш вопрос нет прямого ответа. Но, исходя из общей логики, думаю что были. Например при переходе от того же snowball Earth.
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.