Заключение (1119275), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Одноячеистые конвективные структуры в земной мантииформировались только четыре раза: около 2,6; 1,84; 1,04 и 0,23 млрд лет назад.Соответственно за геологическую историю Земли четыре раза возникали и единыесуперконтиненты: Моногея, Мегагея, Мезогея и Пангея, возможные реконструкциикоторых построены по геологическим и палеоклиматическим данным.
В далекомбудущем, приблизительно через 1,6 – 1,8 млрд лет, возможно формирование последнегосуперконтинента – Гипергеи. Однако примерно в это же время прогнозируется и началотектонического умирания Земли.Таким образом, на геологическом этапе развития Земли (позже 4,0 млрд лет назад)главным и планетарным энергетическим процессом становится процесс химикоплотностной дифференциации земного вещества. Этот процесс около 2,6 млрд лет назадпривел к выделению в центре планеты плотного окисно-железного ядра. Этот же процессгенерирует в остаточной силикатной оболочке – в земной мантии – конвективные течения,являющиеся непосредственной причиной тектонической активности Земли и дрейфаконтинентов. За время геологической жизни Земли, т.е.
приблизительно за последние 4млрд лет, в ее недрах выделилось около 16,84·1037 эрг гравитационной энергии, изкоторой 12,64·1037 эрг перешло в тепло, а 4,2·1037 эрг добавилось к энергии упругогосжатия планеты. За все время жизни Земли в ее недрах выделилось приблизительно3,11·1037 эрг радиогенной и 3,08·1037 эрг приливной энергии, из которой в мантиивыделилось около 2,24·1037 эрг. При этом заметная часть радиогенной энергии (около1,3·1037 эрг) выделилась в земной коре и поэтому не участвовала в энергетическомбалансе тектонической активности Земли. Следовательно, к настоящему времени вземных недрах выделилось около 18·1037 эрг тепловой энергии. Таким образом,тектоническое развитие Земли на 70,2% питалось энергией гравитационнойдифференциации земного вещества, на 17,3 – энергией распада радиоактивных элементови только на 12,5% – энергией приливного торможения Земли.
В настоящее время 89%эндогенной энергии Земли генерируется процессом плотностной дифференциациимантийного вещества и продолжающимся ростом земного ядра, 10% добавляетсярадиогенной энергией, а на диссипацию энергии приливных деформаций в “твердой”Земле приходится всего около 1%.369За время жизни Земли ее тепловой запас увеличился с 7,12·1037 эрг приобразовании до 16,74·1037 эрг в конце архея, но затем несколько снизился до 15,9·1037 эргв настоящее время. Это значит, что в катархее и архее Земля существенно разогревалась, аначиная с протерозоя и в настоящее время она понемногу остывает. Тектоническаяактивность Земли, измеряемая ее глубинным (мантийным) тепловым потоком, достигаласвоего максимума в конце архея около 2,7 млрд лет назад и приблизительно равнялась48,33·1020 эрг/с, в раннем протерозое, около 2,5 млрд лет назад, она резко снизилась до10,33·1020 эрг/с, а к настоящему времени еще уменьшилась до 3,39·1020 эрг/с.
В далекомбудущем, приблизительно через 1,6 млрд лет, ожидается прекращение активнойтектонической деятельности Земли (определяемой процессами тектоники литосферныхплит) и начало ее тектонического умирания.Описанная здесь физическая модель глобальной эволюции Земли, основанная наанализе ее энергетического баланса, позволила количественно оценить скорость дегазацииземных недр и на этой основе построить модель эволюции состава и давления земнойатмосферы.
Однако для рассмотрения влияния эволюции земной атмосферы на климатыЗемли предварительно необходимо было разработать адиабатическую теориюпарникового эффекта. Согласно этой теории, главным фактором, влияющим наповерхностную температуру планеты (кроме интенсивности солнечного излучения),является конвективный вынос тепла из тропосферы в стратосферу, где далее онотеряется уже радиационным путем.
В такой ситуации среднее распределение температурыв тропосфере любой планеты с плотной атмосферой становится близким кадиабатическому и однозначно определяется давлением атмосферы и ее теплоемкостью.Разработанная теория проверялась по осредненным температурным распределениям втропосферах Земли и Венеры и показала при этом свою высокую точность иэффективность, что позволило использовать ее для восстановления климатическихобстановок на Земле в прошлом и сделать прогнозы на будущее.В процессе роста Земли практически все химически активные газы должны былисорбироваться ее пористым грунтом – реголитом и постепенно погребаться в земныхнедрах под слоями вновь выпадавшего вещества. В катархее, 4,6–4,0 млрд лет назад, из-затектонической пассивности Земли дегазация практически не происходила.
Поэтомуземная атмосфера тогда состояла в основном из химически малоактивного азота иблагородных газов с общим давлением около 0,6–0,7 бар, а средняя температура на ееповерхности не поднималась выше –5 °С. Гидросфера тогда и вовсе отсутствовала.Дегазация воды и атмосферных газов началась лишь приблизительно через 600 млн летпосле образования нашей планеты, т.е.
около 4 млрд лет назад. При этом из мантии восновном дегазировался углекислый газ и вода. Но поскольку в самом начале археябóльшая часть земной поверхности еще слагалась первозданным и пористым реголитом, всоставе которого содержалось до 13% металлического железа, то после начала дегазацииЗемли и выпадения первых дождей, в таком реголите должен был усиленногенерироваться метан. Поэтому в самом начале архея атмосфера Земли, скорее всего,была резко восстановительной и состояла из азота, метана и углекислого газа снебольшими добавками цианистого водорода. Но еще в раннем архее, через 100–200 млнлет после начала дегазации Земли, она оказалась окутанной плотной и нейтральнойуглекислотно-азотной атмосферой с общим давлением от 2 до 3 бар.
К позднему археюатмосферное давление уже поднялось до 6 бар, а благодаря сильному парниковомуэффекту средние по Земле температуры на уровне океана в архее достигали +30…+50 °С.Дегазация воды в архее происходила сравнительно медленно по двум причинам:во-первых, бóльшая часть дегазируемой воды тогда диссоциировала на расплавах железа взонах дифференциации земного вещества и, во-вторых, объемы конвектирующей мантиив архее были существенно меньшими, чем в последующие эпохи. Тем не менее в раннемархее уже появились первые мелководные изолированные морские бассейны, но370срединно-океанические хребты еще не были перекрыты поверхностью их вод.
Первые,правда, еще очень мелкие океаны, но уже перекрывшие собой гребни срединноокеанических хребтов, появились лишь около 3,5 и 3,1–3,0 млрд лет назад. К концу археясредние глубины Мирового океана несколько возросли, достигнув приблизительно 400 м.В раннем протерозое в связи с переходом к более спокойному бародиффузионномумеханизму дифференциации земного вещества скорость дегазации воды из мантии резкоувеличилась (почти в 12 раз). Следом за этим и масса воды в гидросфере стала быстровозрастать, но тогда же возник и стал насыщаться водой серпентинитовый слойокеанической коры, что самым радикальным образом сказалось на режиме формированияземной атмосферы, океана и континентальной коры.
Серпентинизация океанической корысопровождалась массовым связыванием в карбонатах (доломитах) растворенного вокеанических водах и находящегося в атмосфере углекислого газа. В результате уже вначале раннего протерозоя, около 2,5 млрд лет назад, парциальное давление углекислогогаза в атмосфере быстро снизилось почти до современного уровня (около 0,46 мбар), адавление атмосферы – до 1 бара. В связи с тем что светимость Солнца тогда была болеенизкой, чем сейчас, средняя приземная температура в раннем протерозое упала до +6 °С(сейчас она равняется +15 °С). В результате на Земле установился холодный климат,сопровождавшийся возникновением наиболее грандиозного в геологической историиГуронского оледенения, сковавшего практически все континенты того времени, даженесмотря на их низкоширотное расположение.
В дальнейшем давление азота в атмосфеременялось по двум причинам: во-первых, за счет его дегазации из мантии и, во-вторых,благодаря связыванию части азота в органическом веществе и захоронению в осадочныхтолщах океанов и континентов.В раннем протерозое увеличение массы воды в океане первое времякомпенсировалось ее поглощением в серпентинитовом слое океанической коры − главномрезервуаре связанной воды в земной коре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
