Современная наука о Земле рассматривает нашу планету как систему взаимодействующих друг с другом процессов, охватывающих органическую и неорганическую природу. Одни из этих процессов протекают быстрее, другие медленнее, но состояние Земли в целом оказывается поразительно устойчивым. Ученые, изучающие Землю, работают с целой иерархией пространственных и временных масштабов. Размеры объектов исследования меняются от глобальных до микроскопических, объемы - от миллионов кубических километров до мельчайших межатомных пространств. Даже при решении одной конкретной задачи нередко приходится иметь дело с широчайшим диапазоном линейных масштабов. Например, землетрясение, вызванное смещением пород по разрыву на несколько сантиметров, возбуждает сейсмические волны, распространяющиеся в Земле на тысячи километров.
Протяженность геологических событий во времени изменяется от кратковременных явлений типа землетрясения, извержения вулкана или падения метеорита до процессов длительностью в тысячи (изменение полярности магнитного поля Земли, прецессия земной оси), миллионы (дрейф континентов) и даже миллиарды лет (формирование современной кислородной атмосферы).
К концу XX в. установился взгляд на Землю как на своеобразную самоорганизующуюся систему, подобную живому организму. Крупные составные части Земли, такие как атмосфера, океаны, кора, мантия и ядро, рассматриваются как сложная взаимодействующая система с циклической передачей вещества и энергии от одной части к другой. С этой точки зрения весь геологический этап истории Земли представляется не беспорядочным нагромождением фактов и событий, а отражением крупномасштабных циклов гигантской «машины».
Сравнение с машиной отражает одну из важнейших особенностей Земли: несмотря на все изменения на поверхности, наблюдаемые в самых разных масштабах пространства и времени, земные процессы в целом остаются удивительно постоянными.
Если «машина» работает уже миллиарды лет, то как она была устроена с самого начала? Через какой последовательный ряд устойчивых состояний она прошла, прежде чем приобрела свой современный вид?
Согласно современным представлениям о происхождении Солнечной системы, Земля оформилась до своих теперешних размеров около 4,5 млдр лет тому назад в результате двух
процессов: конденсации первичного протосолнечного газопылевого облака; аккумуляции и слияния планетезималей. Ранний геологический этап истории Земли проходил в условиях непрерывной аккреции (выпадания вещества извне) и быстрого роста температуры. Разогрев Земли был вызван одновременным воздействием трех факторов: распадом радиоактивных элементов, столкновениями с падающим материалом, контракцией (сжатием) тела молодой планеты. Рост температуры привел к плавлению и дифференциации вещества Земли с расслоением ее на ядро, мантию и кору.
Задача воссоздания истории Земли в ее ранние дни очень сложна, так как ни гор, ни осадков того времени не сохранилось. Отрывочние данные имеются лишь начиная с 4 млрд лет (возраст древнейших пород, обнаруженных на северо-западе Канады). Некоторые пробелы позволяют заполнить исследования Луны, где из-за отсутствие атмосферы и воды сохранились древнейшие породы, а также изучение планет, астероидов и метеоритов. Все эти данные в совокупности отчетливо свидетельствуют о том, что главные циклы, производимые геологической машиной, были близки к сегодняшним.
Как проявляются циклические процессы Земли? Через какое время повторяются циклы? В чем причина и движущая сила этих процессов?
Общий геологический цикл, который проходят горные породы, впервые был установлен Геттоном в конце XVIII в. Согласно Геттону, горные породы подвергаются выветриванию, что приводит к образованию осадка, который потом захороняется. При погружении на глубину осадочные породы испытывают метаморфизм и (или) плавление. Позже они деформируются и перемещаются вверх вместе с растущими горными цепями. однако лишь для того, чтобы снова подвергнуться выветриванию и совершить новый цикл. в геологическом цикле участвует вся земная кора, в него вовлечено также и вещество более глубоких слоев - мантии- до глубин в сотни километров. Несмотря на многочисленные споры относительно механизма, приводящего в действие цикл Геттона, его суть остается незыблемой. Современная теория тектоники плит фактически является дальнейшей разработкой этих идей.
Другим примером глобального цикла является гидрологический цикл - круговорот воды в природе. В гидрологическом цикле перенос вещества также осуществляется между разными частями и разными оболочками земного шара. Из одного огромного резервуара - атмосферы -вода выпадает на сушу и в море. Часть атмосферных осадков временно задерживается в виде грунтовых вод и в озерах. Остальная масса различными путями сбрасывается в другой гигантский резервуар - Мировой океан. Испаряясь с поверхности суши и моря, вода попадает обратно в атмосферу и тем завершает один оборот своего вечного цикла. Глобальный среднегодовой баланс воды весьма постоянен: всегда примерно одно и то же количество воды содержится в атмосфере, Мировом океане, полярных ледниковых покровах и на континентах. Однако в геологической истории Земли были периоды, когда баланс в глобальной системе несколько смещался. Одно из таких изменений связано с ледниковыми периодами, когда значительная часть воды из океана переходила в ледниковые покровы. Это приводило к перестройке общего баланса, в результате чего происходило резкое изменение климата, понижение уровня моря и осушение больших площадей континентального шельфа.
Еще один пример крупномасштабного переноса химических элементов от одной части Земли к другой дает так называемый карбоновый цикл - круговорот углекислого газа (двуокиси углерода) в атмосфере, океане и земной коре. Из атмосферы двуокись углерода поглощается растениями в процессе фотосинтеза. В результате создаются земные запасы углерода органического происхождения. Углерод удерживается в отмершем веществе растений и животных. Вновь образуемое богатое углеродом вещество захороняется в виде осадков, входя в состав земной коры. В это же время в другом месте идет процесс размывания известняков и органического вещества. В результате окисления образуется углекислый газ, который снова возвращается в атмосферу, замыкая грандиозный цикл.
Изучать Землю не только невероятно интересно, но и важно, например, из экологических и экономических соображений, например, для извлечения из нее нефти, газа и других полезных ископаемых, образовавшихся в далеком прошлом в определенные геологические эпохи в определенных местах; для расчета оставшихся ресурсов планеты и т.д. Естествоиспытатели стремятся понять, что, как и когда на Земле происходило, и на этой основе построить модели глобальных процессов. О ледниковых периодах, например, хочется знать и потому, что это позволит предсказать характер следующего оледенения, но и взглянуть, хотя бы краешком глаза, на условия жизни древнего человека. Моделирование глобальных катастроф не только позволяет воссоздать картину гибели динозавров 65 млн лет назад в результате падения крупного космического тела, но и рисует инфернальные последствия мировой ядерной войны.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему