Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Лекция 10. Космопланетарные воздействия на геосферы




Среди природных явлений, воздействующих на геологическую среду и географическую оболочку, немаловажную роль играют космические процессы. Они вызываются приходящей энергией и количеством падающих на Землю космических тел разного размера — метеоритов, астероидов и комет.

10.1. Космическая радиация

Мощный поток космического излучения, направленного к Земле всех сторон Вселенной, существовал всегда. «. Органическая жизнь только там и возможна, где имеется свободный доступ космической радиации, ибо жить — значит пропускать сквозь себя поток космической энергии в кинетической ее форме», — считал созда­ть гелиобиологии А.Л.Чижевский (1973). На живые системы воздействует внешний источник энергии — космическое излучение, действие которого было постоян­но неравномерным, подверженным резким колебаниям, вплоть до самых сильных, выраженных в форме ударного действия, связано с тем, что Земля, как и вся Солнечная система, вращаясь вокруг центра Галактики по так называемой галактической орбите (время полного оборота называется галактическим годом и ~н равен 215— 220 млн лет), периодически попадала в зону действия струйных потоков (струйного истечения космического ве­щества). В эти периоды усиливались потоки космического излуче­ния, попадавшего на Землю, увеличивалось число космических пришельцев — комет и астероидов. Космическая радиация играла ведущую роль во время взрывных периодов эволюции на заре жиз­ни. Благодаря космической энергии были созданы условия для воз­никновения механизма клеточных организмов. Важна роль косми­ческой радиации на рубеже криптозоя и фанерозоя во время «популяционного взрыва». Сегодня можно более или менее уверенно говорить об уменьшении роли космической радиации в течение геологической истории. Это связано с тем обстоятельством, что или Земля находится в «благоприятной» части галактической орбиты, или у нее появились некие защитные механизмы. В ранние геологические эпохи поток космической радиации был более интенсивным. Это выражается наибольшей «терпимостью» к космической радиации прокариот и первых одноклеточных организмов, и главным образом, синезеленых водорослей. Так, цианеи были обнаружены даже на внутренних стенках атомных реакторов, и высокая радиация никак не отразилась на их жизнедеятельности. Воздействие жесткого коротковолнового и ультракоротковолно­вого облучения на организмы, обладающие различной генетичес­кой структурой, уровнем организации и защитными свойствами, было селективным. Поэтому воздействием космического облуче­ния можно объяснить и массовые вымирания, и значительное об­новление органического мира на определенных этапах геологичес­кой истории. Не без участия космического излучения возник озо­новый экран, сыгравший определяющую роль в дальнейшем на­правлении земной эволюции живых организмов.

10.2. Космогеологические процессы связаны с падением на Землю космических тел — метеоритов, астероидов и комет. Это привело к возникновению на земной поверхности ударных, ударно-взрыв­ных кратеров и астроблем, а также к ударно-метаморфическому (шоковому) преобразованию вещества горных пород в местах па­дения космических тел.

Ударные кратеры, образовавшиеся в результате падения метео­ритов, имеют в диаметре менее 100 м, ударно-взрывные, как пра­вило, свыше 100 м. Предполагается, что астроблемы образовались в результате падения астероидов и комет, т.е. космических тел, размеры которых намного превосходят размеры метеоритов. Астро­блемы, найденные на Земле, имеют в поперечнике от 2 до 300 км. В настоящее время на всех континентах найдено немногим бо­лее 200 астроблем. Значительно большее количество астроблем по­коится на дне Мирового океана. Их трудно обнаружить, и они недоступны для визуального изу­чения. На территории России одной из наиболее крупных является Попигайская астроблема, расположенная на севере Сибири и до­стигающая в поперечнике 100 км.

Астероиды — тела Солнечной системы диаметром от 1 до 1000 км. Их орбиты находятся между орбитами Марса и Юпитера. Это так называемый пояс астероидов. Орбиты некоторых астероидов проходят близко к Земле, Кометы — небесные тела, движущиеся по сильно вытянутым орбитам. Центральная наиболее яркая часть ко- мет называется ядром. Его диаметр колеблется от 0,5 до 50 км. Масса ядра, состоящего из льда — конгломерата замерзших газов, в основном аммиака, воды и частиц пыли, составляет 1014— 1020 г.

Хвост кометы состоит из улетучивающихся из ядра под действием солнечных лучей ионов газов и частиц пыли. Длина хвоста может достигатъ в длину десятков миллионов километров.

В то время как после падения астероидов остаются своеобразные кратеры — астроблемы, то после падения комет кратеры не возникают, а огромная их энергия и вещество перераспределяются своеобразным образом.

При падении космического тела — метеорита или астероида — за очень короткое мгновение, в течение всего 0,1 с, выделяется огромное количество энергии, которая расходуется на сжатие, дробление, плавление и испарение пород в точке соприкосновения с поверхностью. В результате воздействия ударной волны образуются породы, имеющие общее название импактитов, а возникающие ж этом структуры называют импактными.

Пролетающие близко к Земле кометы притягиваются земным притяжением, но земной поверхности не достигают. Они распадаются в верхних частях атмосферы и посылают на земную поверх­ность мощную ударную волну (по разным подсчетам она составляет 1021—1024 Дж), которая приносит сильные разрушения, меняющие природную среду, а вещество в виде газов, воды и пыли распределяется по земной поверхности.

10.2.1. Признаки космогенных структур

Космогенные структуры могут выделяться на основании морфоструктурных, минералого-петрографических, геофизических и ^химических признаков.

К морфоструктурным признакам относится характерная кольцевая или овальная кратерная форма, хорошо видная на космических и аэрофотоснимках и выделяемая при внимательном рассмотрении топографической карты. Кроме того, овальным формам сопутствует наличие кольцевого вала, центрального поднятия и отчетливое кольцевое расположение разрывных нарушений. Минералого-петрографические признаки выделяются на основании присутствия в ударно-метаморфических кратерах высокобарических минералов и минералов с ударными структурами импактитов, раздробленных и брекчированных пород. К высокобарическим минералам относятся полиморфные модификации Si02 — коэсит и стишовит, мелкие кристал­лы алмаза, морфологически отличающиеся от алмазов кимберлитов, и наиболее высокобарические модификации углерода — лап сдейлит. Они возникают в глубоких частях земных недр, в мантии при сверхвысоких давлениях и не характерны для земной коры. Поэтому присутствие этих минералов в кратерах дает полное oснование считать их происхождение ударным.

В породообразующих минералах кратера, в таких как кварц, полевые шпаты, циркон и др., образуются тонкие трещины в несколько микрон, расположенные обычно параллельно определенным кристаллографическим осям зерен минералов. Такие минералы называют шоковыми.

Импактиты представлены стеклами плавления, часто с oбломками различных минералов и пород. Среди брекчированных пород выделяют: аутигенную брекчию — интенсивно трещиноватую часто переработанную дроблением до состояния муки горную породу; аллогенную брекчию, состоящую из крупных перемещенных обломков различных пород.

Геофизическими признаками космогенных структур являются кольцевые аномалии гравитационных и магнитных полей. Центру кратера обычно соответствуют отрицательные или пониженные магнитные поля, гравитационные минимумы, осложненные иногда локальными максимумами.

Геохимические признаки определяются обогащенностъю тяжелыми металлами (Pt, Os, Ir, Со, Cr, Ni) горных пород кратеров или астроблем. Перечисленные элементы характерны для хондритов. Но, кроме того, наличие импактных структур может диагностироваться изотопными аномалиями углерода и кислорода, которые существенным образом отличаются от пород, сформированных в земных условиях.

Сценарии образования космогенных структур и реальность космических катастроф

Приближаясь к поверхности Земли, космическое тело соударяется с нею. От точки удара распространяется ударная волна, при­водящая в движение вещество в месте удара. Начинает расти полостъ будущего кратера. Частично за счет выброса, а частично за счет преобразования и выдавливания разрушающихся пород полость достигает максимальной глубины. Образуется временный кратер. При малом размере космического тела кратер может оказаться устойчивым. В другом случае разрушенный материал сползает с бортов временного кра­тера и заполняет дно. Формируется «истинный кратер».

В ударном событии большого масштаба происходит быстрая потеря устойчивости, приводящая к быстрому вздыманию днища кратера, обрушению и опусканию его периферических частей. При этом образуется «центральная горка» а кольцевое углубление заполняется смесью обломков и импактного расплава.

В истории Земли органический мир неоднократно испытывал потрясения, в результате которых происходили массовые вымира­ния. За сравнительно кратковременные отрезки времени исчезло значительное число родов, семейств, отрядов, а иногда и классов животных и растений, некогда процветавших. В фанерозое насчи­тывается по крайней мере семь наиболее значительных вымира­ний (конец ордовика, граница фамена и франа в позднем девоне, на рубеже перми и триаса, в конце триаса, на границе мела и палеогена, в конце эоцена, на рубеже плейстоцена и голоцена). Их наступление и существующую периодичность многократно пыта­лись объяснить многими независимыми причинами. Сегодня ис­следователи убеждаются, что биотические изменения во время события вымирания трудно объяснить только внутренними био­логическими причинами. Все большее число фактов свидетельствует о том, что эволюция органического мира — не автономный про­цесс и среда жизни — не пассивный фон, на котором развивается данный процесс. Колебания физических параметров среды, ее не­благоприятные для жизни изменения — непосредственный источ­ник причин массовых вымираний.

Наиболее популярными являются такие гипотезы вымирания: облучение в результате распада радиоактивных элементов; воздей­ствие химических элементов и соединений; термическое воздей­ствие или действие Космоса. Среди последних — взрыв сверхновой звезды в «ближайших окрестностях» Солнца и «метеоритные лив­ни». В последние десятилетия большую популярность приобрела гипотеза «астероидных» катастроф и гипотеза «метеоритных лив­ней».

Долгие годы считали, что падение комет на поверхность Земли — явление достаточно редкое, происходящее раз в 40— 60 млн лет. Но в последнее время было показано, что кометы и астероиды на нашу планету падали довольно часто. Более того, они не только корректировали численность живых существ и видоизменяли природные условия, но и привносили вещество, необходимое для жизнедеятельности. В частности, предполагается, что объем гидросферы практически полностью зависел от кометного материала.

В 1979 г. основываясь на находке в Северной Италии повышенного содержания иридия в тонком слое на границе мела и палеогена, несомненно космичес­кого происхождения, американские ученые предположили, что в это время произошло столкновение Земли с относительно крупным (не менее 10 км в диаметре) космическим телом — астероидом. Вследствие удара из­менились температуры приземных слоев атмосферы, возникли силь­ные волны — цунами, обрушившиеся на берега, и произошло ис­парение океанской воды. Это было вызвано тем, что астероид при входе в земную атмосферу раскололся на несколько частей. Одни обломки упали на сушу, а другие погрузились в воды океана.

Иридиевая аномалия была обнаружена более чем в 105 пунктах на разных континентах и в керне буровых скважин в океанах. В тех же пограничных слоях были обнаружены мик­росферы минералов, образовавшихся в результате взрыва, обло­мочные зерна шокового кварца, изотопно-геохимические анома­лии, которые характерны для хондритовых метеоритов. В погранич­ных слоях, кроме того, было обнаружено присутствие сажи, что является доказательством лесных пожаров, вызванных усиленным притоком энергии во время взрыва астероида.

На границе мела и палеогена не только упали осколки крупного астероида, но и возник рой болидов, которые породили целую серию кратеров. Один из таких кратеров обнаружен в Северном Причерноморье, другой — на Полярном Урале. Но самой крупной импактной структурой, образовавшейся в результате этой бом­бардировки, является погребенный кратер Чиксулуп на севере по­луострова Юкатан в Мексике. Он имеет в диаметре 180 км и глуби­ну около 15 км. Выбросы из этого кратера обнаружены на далеком расстоянии — на острове Гаити и в Северо-Восточной Мексике.

Второй кратер, возникший в результате космической бомбар­дировки на рубеже мела и палеогена, — Карская астроблема, рас­положенная на восточном склоне Полярного Урала и хребта Пай- Хой. Она достигает 140 км в поперечнике. Еще один кратер обнару­жен на шельфе Карского моря (Усть-Карская астроблема). Пред­полагается, что крупная часть астероида упала и в Баренцево море. Она вызвала необычайно высокую волну — цунами, испарила зна­чительную часть океанской воды и вызвала крупные лесные пожа­ры на просторах Сибири и Северной Америки.

Хотя вулканическая гипотеза выдвигает альтернативные при­чины вымирания, она, в отличие от импактной, не может объяс­нить массовые вымирания, случившиеся в другие отрезки геоло­гической истории. Несостоятельность вулканической гипотезы вы­является при сравнении эпох активной вулканической деятельно­сти с этапами развития органического мира. Выяснилось, что во время крупнейших вулканических извержений практически пол­ностью сохранилось видовое и родовое разнообразие. Согласно этой гипотезе, считается, что массовые излияния базальтов на плато Декан в Индии на рубеже мела и палеогена могли привести к последствиям, сходным с последствиями падения астероида или кометы. В значительно больших масштабах излияния траппов происходили в пермском периоде на Сибирской платформе и в триасе на Южно-Американской, но массовых вымираний они не вызвали.

Активизация вулканической деятельности способна привести и не раз приводила к глобальному потеплению благодаря выделе­нию в атмосферу парниковых газов — углекислоты и водяного пара Но одновременно вулканические извержения выделяют и оксиды азота, которые приводят к разрушению озонового слоя. Однако вулканизм не способен объяснить такие особенности погранично­го слоя, как резкое повышение иридия, имеющего несомненно космическое происхождение, появление шоковых минералов и тектитов.

Это не только делает импактную гипотезу более предпочтитель­ной, но и дает основание предполагать, что излияние траппов на плато Декан могло быть даже спровоцировано падением косми­ческих тел вследствие передачи энергии, которая была привнесе­на астероидом. Изучение фанерозойских отложений показало, что практичес­ки во всех пограничных слоях, по времени соответствующих изве­стным фанерозойским вымираниям, установлено присутствие по­вышенного количества иридия, шокового кварца, шокового по­левого шпата. Это дает основание считать, что падение космичес­ких тел в эти эпохи, так же как и на рубеже мела и палеогена, могло вызвать массовые вымирания.

Последней крупнейшей катастрофой в новейшей истории Зем­ли, возможно, вызванной столкновением Земли с кометой, явля­ется Всемирный потоп, описанный в Ветхом Завете. В 1991 г. авст­рийские ученые, супруги Эдит Кристиан-Толман и Александр Толман, по годичным кольцам деревьев, резкому увеличению со­держания кислот в ледниковом покрове Гренландии установили точную дату события — 25 сентября 9545 г. до н. э. Одним из доказательств связи Всемирного потопа с космической бомбардировкой является выпадение дождя из тек­титов на огромном пространстве, охватывающем Азию, Австра­лию, Южную Индию и Мадагаскар. Возраст этих слоев составляет 10 000 лет, что совпадает с датировками Толман.

По-видимому, основные обломки кометы упали в океан, что вызвало катастрофические землетрясения, извержения вулканов, цунами, ураганы, ливни глобального масштаба, резкое повыше­ние температуры,- лесные пожары, общее затемнение от массы пыли, выброшенной в атмосферу, а затем похолодание. Таким образом, могло возникнуть явление, известное в настоящее время как «астероидная зима», сходная по своим последствиям с «ядерной» зимой. В результате этого многие представители наземной фауны и флоры исторического прошлого исчезли. Особенно это касается крупных млекопитающих. Уцелели морская биота и мелкая наземная фауна, наиболее приспособленная к условиям обитания и способная спрятаться на некоторое время от неблагоприятных условий. К числу последних относились и первобытные люди.

Земля представляет собой открытую систему, и поэтому на нее оказывают сильнейшие воздействия космические тела и космические процессы. С падением космических тел связано возникновение на Земле своеобразных космогеологических процессов и космогеологических структур. После падения на Землю метеоритов и астероидов на земной поверхности остаются взрывные кратеры — астроблемы, в то время как после падения комет энергия и вещество своеобразным способом перераспределяются. Падения комет или их пролет в непосредственной близости от Земли фиксируются в геологической истории в форме массовых вымираний. Крупнейшее вымирание в органическом мире на рубеже мезозоя и кайнозоя скорее всего было связано с падением крупного астероида.

Контрольные вопросы

Что представляет собой космическая радиация?

Что такое галактический год?

Что представляют собой струйные потоки?

Чем обусловлено возникновение и течение космогеологических про­цессов?

Что такое астроблема?

Что собой представляют импактиты?

Какое событие произошло на рубеже мела и палеогена?

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-26; Просмотров: 1536; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.027 сек.