Догеологический этап развития планеты Земля

Введение

Геологическая стадия развития Земли – это тот этап ее развития, от которого остались геологические документы – горные породы. Предшествующую ей стадию, от которой не сохранилось никаких документов, называют догеологической.
Догеологическая стадия начинается с того времени, когда Земля сформировалась как планета. По современным представлениям, не вдаваясь в подробности, Земля образовалась как сгусток холодной космической пыли и газа. В последующем этот сгусток – Протоземля – уплотнялся, и земные недра, как это показывают расчеты, постепенно разогревались за счет радиоактивного распада. Высокие температуры при- вели к дифференциации вещества Земли: вода, водород, СО2 и другие газы, а также смеси, состоящие из легкоплавких силикатных компонентов (SiО2, Аl2О3, СаО, Nа2О, К2О, МgО, частично Fе2О3 и др.), и радиоактивные элементы начали подниматься в верхние слои. Эта легкоплавкая фаза по составу соответствовала базальтовой магме. Тугоплавкая же часть осталась внизу, образовав перидотиты, дуниты и другие породы верхней мантии. [4]
1 ДОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ
Гипотезы формирования земной коры
Существует несколько гипотез о механизме формирования земной коры и других геосфер. Общая идея их заключается в том, что главным процессом в эволюции недр Земли является гравитационная дифференциация, благодаря которой более легкие вещества поднимаются вверх, а более тяжелые опускаются вниз, к центру планеты.[3]
Модель подобного процесса, разработанную на основании экспериментальных данных, предложил А.П. Виноградов. При большой разности температур на границе зоны расплавления возникает механически неустойчивое состояние вещества, что влечет за собой конвекцию. Вследствие конвекции перегретое вещество нижних участков поступает в верхнюю часть зоны, перенося сюда тепло, здесь нагревается и расплавляется. В нижней части зоны в связи с потерей тепла вещество остывает и кристаллизуется. Таким образом, очаг расплавления перемещается по разрезу Земли, что способствует перемещению вверх более легкоплавких компонентов (зонная плавка). В результате зонной плавки происходила дифференциация вещества Прото - земли, которое по своему составу было близким к веществу мантии. Такой вывод можно сделать из сравнения состава мантии и вещества метеоритов. Зонная плавка приводила к постепенному выплавлению из мантийного вещества более легких базальтовых пород, слагавших первичную кору Земли. Этот же процесс сопровождался высвобождением большого количества газообразных компонентов, которые удерживались в околоземном пространстве силами притяжения и вошли в состав атмосферы и гидросферы Земли.
Согласно другим концепциям, Земля возникла из разнородного вещества с различным содержанием радиоактивных элементов. Земное ядро образовалось из железных, каменных или ледяных астероидов, лишенных радиоактивных элементов. Такой процесс имел место 6 - 8 млрд. лет назад. После достижения зародышем Земли определенной массы начался захват космических тел, падение которых вызвало разогревание внешнего ядра вплоть до расплавления. В связи с уменьшением количества крупных тел происходила аккреция более легкого материала мантии и протокоры. Так появились твердое внутреннее ядро и твердая мантия, между которыми сохранилось жидкое расплавленное внешнее ядро. Источником энергии эндогенных процессов является распад радиоактивных элементов в пределах «насыпной» коры из более легких веществ. Высвобождение тепла приводит к зонной плавке, которая распространяется от периферии в недра Земли и вызывает выплавление базальтовой коры.
Если возраст Протоземли считать равным 5 млрд. лет, то продолжительность догеологического этапа развития Земли составит около 0,8 млрд. лет.
Эра раннего формирования земной коры, охватывающая примерно 500-700 млн. лет, по предложению А.П. Павлова названа лунной. В этом названии отражаются две главные особенности процессов, усложнявших поверхность планеты: колоссальные проявления вулканизма и воздействие метеоритного потока, которое из-за отсутствия атмосферы было гораздо активнее, чем в последующие геологические эпохи. [2]
В результате зонной плавки (а возможно, и других процессов) на поверхности Земли возникали крупные кольцевые структуры, заполненные лавой базальтового состава. Типичными формами рельефа были различных размеров метеоритные кратеры, являющиеся основным элементом современного ландшафта Луны.
Формы поверхности, созданные в лунную эру, на Земле полностью стерты последующими грандиозными геологическими процессами, связанными не только с внутренними, но и с внешними силами, прежде всего с воздействием на земную кору гидросферы и атмосферы.[1]
1.2 Происхождение атмосферы и гидросферы
Современные атмосфера и гидросфера имеют, по-видимому, вторичное происхождение

. Согласно существующим взглядам, они сформировались из газов, выделенных твердой оболочкой Земли (литосферой) после образования планеты. В момент формирования Земли из протопланетного облака все элементы ее будущей атмосферы и гидросферы находились в связанном виде в составе твердых веществ: вода – в гидроокислах, азот – в нитридах и, воз- можно, в нитратах, кислород – в окислах металлов, углерод – в графитах, карбидах и карбонатах. Бомбардировка поверхности Земли планетезималями в то время могла приводить к выделению летучих веществ, но вода, углекислый газ, «кислые дымы» и другие активные вещества должны были поглощаться раздробленными породами, так что первичная атмосфера на этом этапе состояла, по-видимому, лишь из небольших количеств азота, аммиака и инертных газов.
Дальнейшее наращивание атмосферы и образование гидросферы связаны с выплавками базальтов, водяного пара и газов из верхней мантии при вулканических процессах, развившихся уже в первые 0,5–1 млрд. лет существования Земли в результате разогревания ее недр при гравитационном сжатии и за счет распада радиоактивных изотопов.
Как показывают исследования последних лет, газы, выделяющиеся из современных вулканов, содержат преимущественно водяной пар. Так, в газах из базальтовых лав гавайских вулканов с температурами 1200°С обнаруживается 70–80 объемных % H2O; в фумарольных газах Курильских островов с температурами около 100°С содержится 79,7 весовых % Н2О. Второй по значению составляющей является углекислый газ (гавайские базальтовые лавы – 6–15 объемных %; курильские фумарольные газы – 19,6 весовых %). В вулканических газах встречается немало хлора (в газах вулкана Килауэа (Гавайи) – около 7%), метана СН4 (иногда до 3%), аммиака (NH3) и других компонентов. Проводившиеся измерения показали, что при температурах 800–1000°С из лав отгоняются, кроме водяного пара, преимущественно «кислые дымы» – НСl и HF, при температуре 500°С – сера и ее соединения (H2S, SO2 и др.), а при более низких температурах – борная кислота и соли аммония.
Большой интерес представляют результаты химического анализа содержимого газовых пузырьков в древнейших (по-видимому, катархейских) кварцитах Курумканской свиты (мощностью более 1000 м) Алданского щита, приводимые Л.И.Салопом и дающие сведения о составных частях катархейской атмосферы. В этих пузырьках отсутствует свободный кислород, около 60% составляет углекислый газ, около 35% – H2S, SO2, NН3, «кислые дымы», в небольших количествах присутствуют азот и инертные газы. [3]
Таким образом, можно предполагать, что при дегазации лав на поверхность Земли поступали пары воды, соединения углерода – CO2, CO и СН4, аммиак, сера и ее соединения (H2S и SO2), галоидные кислоты (НС1, HF, HBr, HJ), борная кислота, водород, аргон и некоторые другие газы. Эта первичная атмосфера сначала, конечно, была чрезвычайно тонкой, и поэтому ее температура у поверхности Земли была очень близкой к температуре лучистого равновесия, которое получается в результате приравнивания потока солнечного тепла, поглощаемого поверхностью к потоку уходящего излучения поверхности Земли, пропорциональному четвертой степени температуры этой поверхности. Эта температура при современной отражательной способности Земли – 0,28 в среднем равна +15°С.
Свободный кислород мог образовываться в первичной атмосфере в результате фотодиссоциации небольшой доли молекул водяного пара, т. е. их разложения под действием жесткой компоненты солнечного излучения. Однако, по расчетам Л.Беркнера и Л.Маршалла, такое образование свободного кислорода должно быть весьма ограниченным, так как кислород сам поглощал излучение, расщепляющее молекулы воды. При равновесии между этими двумя процессами содержание кислорода в атмосфере не могло превышать одной тысячной современного уровня, на самом же деле оно было много меньше, так как равновесие никогда не достигалось; весь образующийся кислород быстро затрачивался на окисление атмосферных газов – СН4, СО, NH2 и H2S. Из-за недостатка свободного кислорода в атмосфере, по-видимому, отсутствовал озоновый экран, и тонкая первичная атмосфера была способной пропускать жесткое излучение Солнца до поверхности суши и океана.
Почти весь водяной пар вулканических газов, конденсируясь, превращался в жидкую воду, формируя гидросферу. В первичный океан, растворяясь в воде, переходили и другие составные части вулканических газов – большая доля углекислого газа, кислоты, сера и ее соединения и часть аммиака