Форма, размеры и рельеф Земли
Глава 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЗЕМНОГО ШАРА
Автор М.М.Судо
П р е д и с л о в и е
В соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования Российской Федерации "Геология" является обязательной естественнонаучной дисциплиной для экологических факультетов ВУЗов.
Государственным стандартом предусмотрено ознакомление студентов-экологов с составом и строением Земли и земной коры, геологическими процессами, развитием земной коры во времени, этапами геологической истории Земли; эволюцией органического мира, стратиграфической шкалой, геологической деятельностью человека и охраной геологической среды. В соответствии с этим целью данного учебного пособия является изложение основных разделов Геологии, знакомящих читателей с формой, строением и свойствами земного шара, вещественным составом Земли, геологическими процессами, геологическим летосчислением и основными этапами геологической истории Земли. Это позволит студентам-экологам перейти затем к сознательному восприятию общепрофессиональных и специальных дисциплин, предусмотренных образовательной программой по специальности 013600 – Геоэкология, утвержденной приказом Министерства образования Российской Федерации от 02.03.2000 г.
Структура и содержание учебного пособия предопределены объемом аудиторных занятий, выделяемым на курс "Геология" Государственным образовательным стандартом. Разделы, относящиеся к геологической деятельностью человека и охране геологической среды, освещены в книге автора “Г е о э к о л о г и я" (1999). Учебное пособие является вторым – исправленным и дополненным изданием книги автора «Г е о л о г и я», выпущенной в 1996 г. Включена глава «З е м л я с р е д и п л а н е т С о л н е ч н о й с и с т е м ы».
Тем, кто пожелает глубже познакомиться с историей становления и развития геологических знаний, предназначена глава "Великие и малые геологические споры". Книгу завершает Краткий словарь геологических терминов.
Автор признателен А.В.Арешину, за ряд ценных замечаний к первому изданию книги. Автор благодарит Э.Р.Казанкову за всемерную помощь в подготовке данной книги к печати.
Доктор геолого-минералогических наук,
профессор Международного независимого
эколого-политологического университета (МНЭПУ)
М.Судо
Геология учит нас заглядывать в глубь времен,..
смотреть открытыми глазами на окружающую природу
и понимать историю ее развития.
Академик В.А.Обручев
***
В ней - страсть веков, следы стихий...
ВВЕДЕНИЕ
Любая наука имеет свою точку отсчета, свои исторические вехи. К Геологии особенно применимы слова Альберта Эйнштейна: “Знание является функцией времени”. Геология, с одной стороны, опирается на точные факты и знания. Но, с другой стороны, ее теоретическая база до сих пор в немалой степени “соткана” из гипотез и интуитивных догадок. Становление и развитие Геологии было длительным, извилистым и тернистым. Их не обошли годы мрака, застоя и теоретических блужданий. ”Mente et malleo” (“Умом и молотком”) начертано на эмблеме Международного геологического конгресса. Но истина в Геологии добывалась не только умом и “молотком” (в экспедициях), но и в азартных, нередко нелицеприятных и жестоких спорах.
Люди начали пристально изучать и осваивать Землю уже на первых этапах своего существования. Геология (греч. "ге" - земля, "логос" - учение) как наука о составе, строении, геологических процессах и развитии Земли оформилась с середины ХVIII в. Первые попытки создать научную геологию связаны с именами трех крупнейших ученых того времени - М.В.Ломоносова в России, А.Г.Вернера в Германии и Д.Геттона в Шотландии.
Становление Геологии происходило в процессе решения практических запросов человеческого общества. Различные минералы и горные породы использовались первобытным человеком для изготовления примитивных каменных орудий. В бронзовый и железный века огромное значение уже имели самородные металлы - медь, золото, серебро, а также руды меди, олова, железа. Рост тяжелой индустрии, электротехнической и химической промышленности, войны потребовали огромного количества минерального сырья. Это обусловило интенсивное развитие геологических исследований в конце ХIХ - начале ХХ в.
Еще больше возросла роль минерального сырья и самой геологии во второй половине ХХ в. Разнообразие природных ресурсов и степень их изученности определяли уровень экономической независимости государства. А глубокие и достоверные знания о геологическом строении недр и происходящих в них процессах позволяли прогнозировать и преодолевать последствия многих геологических катастроф.
В своем развитии Геология опиралась на различные естественные науки, прежде всего, - физику, химию и др. Оформившись в самостоятельную науку, Геология и сама явилась родоначальницей многих наук геологического цикла. Ныне в ветвистом "древе" геологических наук выделяется множество самостоятельных направлений. В их число входят: геохимия, минералогия, кристаллография, петрография, литология, геофизика, сейсмология, стратиграфия ,геодинамика, геотектоника, учения о магматизме, вулканизме, метаморфизме, палеогеография, историческая геология и многие другие. А также - прикладная геология. Она включает науки, направленные на практическое использование и охрану земных недр. Это - региональная геология, гидрогеология, учение о месторождениях полезных ископаемых, геологическое картирование, поисково-разведочное дело, экономика минерального сырья, рудничная, шахтная, промысловая и инженерная геология и др.
Геология - не только прикладная наука, помогающая людям умножать материальные богатства общества. Она затрагивает непосредственным образом проблемы происхождения Земли, зарождения и развития жизни на нашей планете и строения других планет Солнечной системы.
Ныне очевидный факт, что Земля имеет шарообразную форму, стал раз и навсегда установленным после кругосветного путешествия экспедиции Магеллана в 1519-1522 гг. Он подтвержден фотографиями, выполненными космическими кораблями и искусственными спутниками Земли. Однако, Земля - не идеальный шар, как это представлялось в VI в. до н. э. знаменитому древнегреческому математику Пифагору. Еще Исаак Ньютон (1643-1727) доказал, что вследствие вращения Земли вокруг своей оси у экватора действие центробежной силы преобладает над направленной к центру Земли силой тяжести. В связи с этим, Земля должна принять форму эллипсоида вращения, сжатую у полюсов. В действительности, поверхность Земли существенно отличается от поверхности идеального эллипсоида вращения. Она характеризуется чередованием приподнятых и опущенных участков, разница между которыми достигает 20 км. Например, вершина Гималаев Эверест (Джомолунгма) возвышается над уровнем моря на 8884 м. А глубина Марианской впадины в Тихом океане равна 11034 м.
По сравнению с размерами всей Земли неровности ее поверхности очень незначительны. Поэтому при расчетах ими пренебрегают. И геометрическую фигуру Земли ограничивают поверхностью океана, мысленно продолженной под материками таким образом, чтобы она всюду была перпендикулярна к направлению силы тяжести. Эта фигура, присущая только Земле, получила название "геоид" (греч. "ге" - земля, "идеа" - подобие). Она не совпадает ни с топографической поверхностью Земли, ни с поверхностью идеального эллипсоида вращения.
Наиболее пониженные участки геоида относительно поверхности эллипсоида вращения расположены в Индийком океане (от -59 до -140 м). Максимальное превышение отмечается в Атлантическом океане (от +57 до +125 м). С помощью искусственных спутников установлено, что Земля имеет несколько "грушевидную" форму. Ее Северный полюс приподнят на 15 м относительно земного эллипсоида, а Южный полюс опущен на 20 м. Выяснилось также, что экваториальное сечение Земли тоже имеет форму эллипса. Его большая полуось превышает малую примерно на 100 м.
В плоскости экватора радиус земного шара составляет 6378 км, а от центра Земли до полюса - 6357 км. То есть, диаметр экватора на 42 км больше полярного. Средний радиус Земли равен 6371 км, средний диаметр – 12742 км. Отношение разности между
б о л ь ш о й (экваториальной) и м а л о й (полярной) полуосями к большой полуоси называется "полярными сжатием", или "сплющенностью" Земли. Оно равно 1: 298,3.
Длина окружности экватора составляет 40076 км; длина земного меридиана - 40009 км. Общая площадь поверхности Земли около 510 млн. км2 , ее объём составляет 1,083·1012 км3, а масса - 6·1027 г.
Одной из характерных особенностей Земли является то, что 70,8% ее поверхности (361 млн. км2) покрыто океанами и морями. Жидкая оболочка Земли называется "гидросферой" (греч. "гидор" - вода, "сфера" - шар). Наибольшая ее толщина около 11 км. Гидросфера включает в себя все природные воды: океаны, моря, реки, озера, а также подземные водоносные горизонты.
Другая характерная особенность нашей планеты заключается в следующем. Если выразить графически рельеф материков и дна океанов в качестве различных ступеней общего рельефа Земли, получится так называемая "гипсографическая (греч. "гипсос" - высота, "графо" - пишу) кривая" земного шара (рис. 1). Из ее анализа следует, что континенты уступают океанам по площади, и их поднятие над уровнем моря невелико по сравнению с глубинами океанов. На суше высоты менее 1000 м составляют 75% площади; средняя высота континентов над уровнем моря +870 м. В Мировом океане преобладают глубины от 3000 до 6000 м; средняя глубина океанов - 3800 м.
На суше и океаническом дне с определенной закономерностью расположены горы и горные системы. На суше это – ш и р о т н ы й Средиземноморский и
м е р и д и о н а л ь н ы е - Западно- и Восточно-Тихоокеанский линейные горные пояса. Средиземноморский пояс начинается на западе горами Атласа (Северная Африка) и продолжается на восток, включая горные цепи Пиренеев, Альпы, Аппенины, Балканские, Карпатские, Крымские, Кавказские горные системы, Памир, Гималаи (до Малайского архипелага). Западно-Тихоокеанский пояс охватывает горные сооружения Чукотки, Камчатки, Курильских островов, Сахалина, Японии и другие вплоть до Австралийских Кордильер. Восточно-Тихоокеанский пояс включает горные образования Кордильер Северной и Южной Америки.
В середине ХХ в. с помощью эхолотов, автоматически измерявших глубину океанического дна, была составлена подробная карта его рельефа. На дне океанов выделяются (см. рис. 1): пологая материковая отмель, или шельф (англ. “shelf” - отмель), - до глубин 200 м; крутой континентальный склон - до глубин 2500 м; океаническое ложе и узкие глубоководные желоба.
Ложе океанов представлено почти гладкими равнинами, занимающими около 76% площади Мирового океана. Они осложнены возвышенностями, валами и горными хребтами. Высота последних изменяется от первых сотен до нескольких тысяч метров. Местами и над водной поверхностью океанов выступают островками отдельные конусообразные вершины или цепочки таких гор. Наиболее высокими из них являются Азорские острова в Северной Атлантике. Высота их составляет 2500 м - относительно водной поверхности и около 9000 м относительно дна океана.
В Атлантическом океане почти на равном расстоянии от Американского континента и Европы и Африки обнаружен простирающийся с юга на север горный хребет, названный Срединно-Атлантическим. Он возвышается над дном океана почти на 3 км. Ширина хребта исчисляется сотнями километров. Подобные хребты выявлены в Индийском, Тихом и Северном Ледовитом океанах. По своей протяжённости, ширине и высоте они не уступают складчатым горным поясам материков. Вдоль осевых частей хребтов, приравненных к срединно-океаническим, протягивается глубокая (до 3 км) и широкая (25-50 км) трещина - рифт (англ. “rift" - ущелье, расселина).