Основные исторические этапы формирования

Наша Галактика – Млечный путь объединяет более 150 млрд звезд и более 100 млн туманностей. Это спиральная, симметричная относительно главной галактической плоскости, диаметр которой составляет около 30 000 парсек. Доступная наблюдениям часть Вселенной – Метагалактика – расширяется во всех направлениях, т.е. расстояние между всеми галактиками увеличивается со скоростью 2 мегапарсека за миллиард лет.

Световой год – расстояние, проходимое лучом света за год – 9,46 х 10¹²;

Парсек – 3,26 св.г. (п);

Килопарсек – 1000 (кп);

Мегапарсек (мп) = 10⁶.

Приложение 2

Основная масса вещества Вселенной (98 %) содержится в звездах. Межзвездное пространство заполнено газом и пылью, образующими газовые и пылевые туманности.

Звезды весьма разнообразны, возможно, потому, что находятся на разных стадиях развития. О химическом составе, температуре, светимости, диаметре, массе, плотности звезд, движениях и расстояниях до них судят по их излучению. Различие звездных спектров зависит от температуры. «Холодные» звезды (t = 3500 – 6000 ^оС) излучают в длинных волнах (красная часть спектра), горячие (25 000^о – 35 000^оС) – в коротких волнах (фиолетовая часть спектра). Этим определяется цвет звезды: «холодные» звезды имеют красный цвет, горячие – белый или голубоватый.

По светимости (светимость – истинная сила света звезды по сравнению с силой света Солнца) различают звезды-гиганты и звезды-карлики. Первые обладают высокой светимостью, большой площадью излучения (большим объемом) при малой плотности вещества. Вторые имеют низкую светимость, малый объем и большую плотность.

По массе звезды различаются мало. Относительно Солнца они или в несколько раз больше, или в 6 – 7 раз меньше.

Большой интерес представляют новые и сверхновые звезды. Это особый класс слабых звезд, которые иногда вдруг вспыхивают, быстро увеличиваясь до гигантских размеров. Через несколько суток они начинают уменьшаться и постепенно входят в свою норму. Сверхновые от новых отличаются грандиозностью происходящих на них вспышек. Так, для излучения энергии, выделяющейся при вспышках новой звезды, Солнцу нужно 10 – 100 лет, сверхновой – 100 млн лет.

Пульсары (нейтронные звезды) – загадочные объекты Вселенной – источники периодических радиоимпульсов, следующих друг за другом со строгой периодичностью. Излучают слишком большую энергию по сравнению с их скромными, по астрономическим масштабам, размерами. Наиболее яркий пульсар светит как 100 тысяч Солнц, хотя радиус его всего около 10 км, а объем в 300 тысяч млрд раз меньше объема Солнца.

Черные дыры. На поздних стадиях развития некоторых массивных звезд происходит катастрофически быстрое сжатие, обусловленное силами тяготения (гравитационный коллапс). Если масса ядра звезды велика (больше двух масс Солнца), то отталкивание ядерных частиц не в силах противостоять тяготению. Ядро постепенно сжимается и не выпускает никаких излучений, никаких частиц. Они проявляют себя только силой притяжения, оказывающей влияние на движение других космических тел.

Среди множества звезд в нашей Галактике и Метагалактике существует немало таких, у которых, подобно Солнцу, имеются планеты со спутниками.

Приложение 3

Солнечная система – одна из множества различных по размерам и сложности систем, составляющих Галактику Млечный путь. Она расположена на расстоянии 10000 п от центра Галактики, в 25 п к северу от галактической плоскости (рис. 1). Центральное тело Солнечной системы – единственная в ее составе звезда – Солнце. В нем сосредоточено 99,86 % всей массы системы и только 2 % общего момента количества движения. (Количество движения – произведение массы тела на его скорость; момент количества движения – произведение массы тела на скорость и расстояние от центра вращения).

Рис. 1. Положение Солнечной системы в нашей Галактике (1 ПК – 206265 а.е.)

В Солнечной системе 8 больших планет, тысячи малых планет, метеорное вещество – межпланетный газ. Все планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Планеты делятся на 2 группы, отличающиеся одна от другой по размерам, химическому составу, массе, плотности, периоду обращения. К первой группе относятся Меркурий, Венера, Земля, Марс; ко второй – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Плутон – вне группы.

Приложение 4

Состав земной атмосферы:

Газы Объем, %

Азот 78,08

Кислород 20,94

Аргон 0,93

Углекислый 0,03

Прочие 0,02

100,00

Атмосфера имеет слоистое строение. Нижний слой атмосферы называется тропосферой. Он простирается до высоты 16 км. Температура воздуха понижается с высотой и на верхней границе достигает -40 – -50 ^оС. В этом слое сосредоточено более 3/4 всей массы атмосферы, содержится вся вода. В тропосфере происходят основные климатообразующие процессы: 1) приход и расход солнечной радиации, 2) циркуляция атмосферы, 3) влагооборот. До высоты 50 км расположена стратосфера. Температура повышается с высотой, на верхней границе достигает 0 ^оС. На высоте 20 – 25 км наблюдается наибольшая концентрация озона – озоновый экран. Над стратосферой лежит мезосфера, простирающаяся до высоты 80 км. В ней температура вновь понижается и достигает –90 ^оС на верхней границе. Плотность воздуха в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Выше распространяется термосфера (ионосфера) – до высоты 1000 км. Температура повышается и на высоте 600 км достигает 1500 ^оС. Газы находятся в ионизированном состоянии. Главный максимум ионизации приурочен к высотам 300 – 400 км. Ионизированные газы поглощают рентгеновское излучение Солнца. В ионосфере проявляется магнитное поле Земли. Выше 1000 км начинается экзосфера. У ее основания t = 2000 ^оС. Простирается до высоты 2000 – 3000 км. Из экзосферы быстро движущиеся атомы водорода могут вылетать в космическое пространство.

Внешняя форма воздушной оболочки Земли не шарообразна, а вытянута с ночной стороны наподобие хвоста кометы. Длина такого своеобразного хвоста – около 100 тыс. км. Предполагается, что он образовался в результате давления солнечных лучей – солнечного ветра.

Значение атмосферы для природы земной поверхности:

1. Предохраняет поверхность Земли от сильных суточных перепадов температур.

1. В ней происходят погодные явления.

2. Предохраняет от коротковолновой и корпускулярной радиации Солнца.

3. Защищает от метеоритов.

4. Атмосферный кислород используется для дыхания живых организмов.

5. Распространяет звук.

ЗАНЯТИЕ 5

Практическая работа. Внутреннее строение и история геологического развития Земли. Литосфера как абиотическая основа жизни. Химические процессы.

Коллоквиум. Современные науки о человеке

Задание 1.^* Изучить методы получения информации о внутреннем строении Земли.

А. Метод наблюдения за сейсмическими волнами (прил. 1).

Б. Глубокое и сверхглубокое научное бурение на континентах (прил. 2).

Задание 2.^* Используя данные приложения 3:

А. Построить график скорости продольных (Р) и поперечных (S) волн в теле Земли, откладывая по оси абсцисс глубину в км, по оси ординат скорость в км/с.

Б. Используя данные графика, воспроизвести сейсмическую модель внутреннего строения Земли (деление ее на ядро, мантию и земную кору), разработанную сейсмологами Г. Джеффрисом и Б. Гуттенбергом.

Задание 3.^* Используя приложение 3, заполните таблицу 1 «Строение земной коры».

Таблица 1

Мощность основных слоев земной коры

Основные слои	ЗЕМНАЯ КОРА
Континентальная	Океаническая

Экологические функции литосферы: геофизико-геохимическая, ресурсная, геодинамическая.

Задание 5.^* Прочитать приложение 4 и на рисунке подписать название объектов: континент, островная дуга, глубоководный желоб, срединно-океанический хребет, рифтовая долина. Какие явления объясняет этот чертеж? С позиций какой теории дается объяснение?

Рис. 1. Схема движения литосферных плит и предполагаемое направление перемещения вещества в мантии Земли

Задание 6. ^*. Изучить механизм химических реакций и закономерности их протекания (прил. 5).

Записать в тетрадь определение химического процесса.

Химический процесс (химическая реакция) –

Письменно ответить на следующие вопросы:

1. Сохраняются ли в химических превращениях молекулы реагируемых веществ?

2. От каких факторов зависит скорость химической реакции?

3. В связи с чем происходит увеличение скорости химической реакции при увеличении концентрации реагирующих веществ?

Приложение 1

Сейсмические волны – колебательные движения земного вещества, вызванные землетрясениями.

Образуются волны трех типов:

1. Поверхностные – распространяются по поверхности Земли, имеют небольшую скорость.

2. Продольные – волны сжатия-растяжения. Распространяются в любых средах, имеют небольшую скорость.

3. Поперечные – колебания вещества в направлении, перпендикулярном распространению волны. Связаны со сдвигом вещества (т.е. изменением его формы). Проходят только через твердое вещество и затухают в жидком и газообразном веществе.

Встречая на своем пути среду с различными физическими свойствами, сейсмические волны преломляются, изгибаются, изменяют скорость распространения. Сопоставление сейсмограмм, т.е. записей формы, величины и времени прохождения волн землетрясений, сделанных на сейсмических станциях, расположенных в разных местах земной поверхности, позволяет определить скорость и путь проникновения волн через все тело Земли.

Приложение 2

Скважины научного бурения на континентах относятся к категориям глубоких (3 – 7 км) и сверхглубоких (более 7 км). Первая программа систематического сверхглубокого континентального бурения с научными целями разработана и осуществлена в Советском Союзе. Основополагающие идеи этой программы были сформулированы в 1960 – 1962 годах, а в мае 1970 года на севере Мурманской области в 10 км от города Заполярного началось бурение Кольской сверхглубокой скважины. Ее проектная глубина была определена в 15 км. В 1991 г. бурение прекратили на глубине 12 261 м. Кольская скважина до сих пор остается самой глубокой в мире. В настоящее время в России продолжается бурение только одной Уральской сверхглубокой скважины. Успехи Советского Союза стимулировали разработку программ научного континентального бурения в Германии, Франции, США, Канаде, Японии, Великобритании.

После того как бурение сверхглубокой скважины закончено, она превращается в постоянно действующую лабораторию. Специалисты следят за изменением режима земных недр вдоль ствола скважины и в околоскважинном пространстве, проводят различные эксперименты.

Таблица 2

Характеристика некоторых глубоких и сверхглубоких скважин

Скважина	Регион	Годы бурения	Глубина, м	Температура на забое, ^оС
Проектная	Реальная
Кольская	Россия	1970 – 1991	15 000	12 261
Саатлинская	Азербайджан	1977 – 1990	11 000	8 324
Берта Роджерс	Оклахома, США	1973 – 1974	–
Уральская	Россия		15 000	5 355
КТБ-Оберпфальц	Германия	1990 – 1994	10 000	9 901

Приложение 3

Если бы Земля была однородным телом, то путь волны через нее был бы прямолинейным, скорость везде одинаковой. В действительности пути пробега волн имеют сложный вид, а скорости испытывают скачкообразные изменения.

Первая поверхность скачка находится на глубине в среднем около 60 км, здесь скорость продольных волн возрастает с 5 до 8 км/с. В следующем слое она постепенно увеличивается и на глубине 2900 км достигает 13 км/с, после чего резко падает до 8 км/с, а затем к центру Земли (6371 км) медленно возрастает до 11 км/с. Скорость поперечных волн увеличивается с 4 до 7 км/с, но глубже 2900 км не проникают и, будучи отраженными на этой глубине, возвращаются к поверхности.

Приложение 4

Океаническая кора образуется в рифтовой зоне срединных хребтов и раздвигается в обе стороны. Затем на том или ином крыле раскалывается какой-то ее сегмент. Один край плиты начинает наползать на другой. Так появляется глубоководный желоб – там, где пододвигающаяся плита опустилась под тяжестью наползающей. Толщина верхней плиты, которая включает в себя всю мощь коры и часть верхней мантии, достаточна, чтобы приблизиться к поверхности океана или даже подняться над водой. Когда это случается, рождается островная дуга.

Поверхность опускающейся плиты от трения разогревается, расплавляется. Образуется магма, которая внедряется по трещинам и прорывается наружу извержениями вулканов. Более половины из 1400 активных вулканов Земли находится в местах столкновения литосферных плит.

Приложение 5

Химические процессы = химические реакции – это такое изменение вещества, при котором разрываются старые и образуются новые связи между атомами. В химических превращениях молекулы не сохраняются.

Важное значение для понимания сущности химических превращений имеют атомно-молекулярное учение и теория химической связи между атомами.

При изучении химической реакции исследователь отвечает на вопросы:

1. Почему химическая реакция происходит и каков ее механизм?

2. От чего и как зависят ее скорость и степень превращения исходных веществ в продукты реакции?

3. Какие катализаторы способны ее ускорить? Какие ингибиторы – замедлить?

На первый вопрос в начале XIX в. ученые отвечали: «Потому что данные вещества имеют химическое сродство друг к другу». Причину сродства не знали.

Правильный ответ на поставленный вопрос был получен только после изучения обратимых реакций в условиях химического равновесия. Химическое равновесие – это устойчивое состояние исходных веществ и продуктов, при котором реакция в прямом и обратном направлениях протекает с одинаковой скоростью: А+В↔С+Д. Если увеличить концентрацию веществ в левой части уравнения, то равновесие сместится вправо и наоборот. Сдвиг равновесия вызывает также изменение внешних условий – температуры, давления и др. Таким образом, «движущая сила» реакции зависит не только от природы реагентов и образующихся продуктов (их состава, строения), но и от концентрации веществ, температуры, давления.

Ответ на второй вопрос о том какова скорость реакции, от чего она зависит и какова степень превращения реагентов в продукты, можно получить, только изучив кинетику протекания реакции. Экспериментально доказано, что скорость реакции зависит от природы исходных веществ, и что она увеличивается при возрастании концентрации, увеличении поверхности соприкосновения, температуры и при использовании катализаторов. Увеличение концентрации реагирующих веществ приводит к увеличению скорости химической реакции, поскольку повышается вероятность столкновения частиц реагентов. Определенные типы реакций, носящих название фотохимических, в значительной степени ускоряются из-за присутствия света.

Ответ на третий вопрос решается конкретно для каждой реакции.

Катализаторы – вещества ускорители активно участвуют в химическом процессе, образуя промежуточное соединение с исходными веществами, но в конечном счете вновь восстанавливаются, приобретая тот же состав, что был до реакции. Схематически действие катализатора (К) на реакцию превращения вещества А в вещество В можно представить так:

без катализатора: А→В

с катализатором: А+К→М (промежуточное соединение)

М→ В+К

Большое значение имеет изучение состава и свойств промежуточного соединения (М). Во многих реакциях не так просто обнаружить промежуточные продукты.

Таким образом, катализатор ведет реакцию по другому пути, на котором снижается энергия активации молекул (минимальная энергия, необходимая для начала взаимодействия реагентов) и скорость реакции увеличивается.

Ингибиторы – вещества, тормозящие химические процессы. Подбираются экспериментально для каждого типа реакции. В основном они применяются для задержки или полной остановки цепных процессов, например, реакции хлора с водородом, реакции окисления органических веществ (жиров, смазочных масел и др.). Последние ингибиторы называются антиоксидантами.

ЗАНЯТИЕ 6

Практическая работа. Особенности биологического уровня описания материи.
Многообразие живых организмов. Принципы эволюции. Генетика и эволюция. Происхождение человека (антропогенез)

Задание 1.^* Изучите уровни организации живой материи (прил. 1). Заполните таблицу 1. Ответьте на вопросы.

Таблица 1

Характеристика уровней живой материи

Уровень	Элементарная единица	Биологическое значение	Научные проблемы	Научные дисциплины
Молекулярный
Клеточный
Органо-тканевый
Организменный
Популяционно-видовой
Биогеоценотический
Биосферный

Ответе на следующие вопросы: 1. Приведите конкретные примеры, подтверждающие структурированность живой природы. 2. Какие виды тканей вы знаете? 3. Какие уровни живой материи необходимо рассмотреть при изучении проблем эволюции или онтогенеза? 4. Установите соответствие между уровнем организации живой материи и характеристикой, присущей ему: ……………. – элементарная структурная единица жизни, ………………………. – элементарная единица эволюции, …………….. – единица систематики живых существ.

Задание 2. ^* Изучите биосферные функции живых организмов (прил. 2). Заполните таблицу 2.

Таблица 2

Биосферные функции животных организмов

Функция	Определение	Примеры
Энергетическая	поглощение солнечной энергии, химической энергии (при разложении веществ), передача энергии другим организмам
Концентрационная	избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных веществ
Деструктивная	минерализация небиогенного органического вещества, разложение неживого органического вещества, вовлечение образовавшихся веществ в биотический круговорот
Средообразующая	преобразование физико-химических параметров среды
Транспортная	перенос веществ против силы тяжести и в горизонтальном направлении

Ответьте на следующие вопросы: 1. Сформулируйте определение «биосферы». 2. Охарактеризуйте границы биосферы. 3. Благодаря каким свойствам живых организмов и надорганизменных систем возможно биогенное изменение химизма биосферы? 4. Подтвердите точку зрения К.А. Тимирязева, который говорил, что растения выполняют космическую роль на Земле. 5. Какова функция озонового экрана? 6. Приведите примеры органогенных горных пород. 7. Как вы думаете, почему В.И. Вернадский назвал почву и воды Мирового океана биокосными телами природы? 8. За счет каких своих свойств живые организмы выполняют глобальную газовую функцию живого вещества в биосфере? 9. Какими особенностями характеризуется биогенная миграция атомов?

Письменно ответьте на вопросы 8, 9.

Задание 3.^* Изучить основные исторические этапы формирования эволюционного учения. Записи в тетради оформить в виде таблицы 3 (прил. 3).

Таблица 3

эволюционного учения

Исторический этап	Характеристика этапа	Ученые, внесшие наибольший научный вклад

Записать в тетрадь три основных атрибута понятия «эволюция»

Задание 4.^* Изучить основные доказательства эволюции (прил. 4).

Задание 5.^* Изучить основные эволюционные факторы (прил. 5). Заполнить таблицу 4.

Таблица 4

Дата добавления: 2015-05-08