1. предмет и задачи на историчната геология



страница5/19
Дата25.07.2016
Размер1.48 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

7.ПРОИЗХОД НА ЗЕМНАТА АТМОСФЕРА

Една от главните особености на Земята, която я отличава от останалите планети в Слънчевата система е нейната атмосфера и хидросфера. Единствено земната атмосфера съдържа значителни количества от свободен О2, благодарение на който съществува живота на Земята.

Атмосферата се състои от газови молекули, които са в непрекъснато движение. Поради гравитацията повечето молекули се намират близо до земната повърхнина. Атмосферното налягане е най-голямо в долните части на атмосферата и намалява до нула на височина до 100km. Налягането се измерва в atm (bor), като атмосферното налягане на Земята (на нейната повърхнина) е 1 bor.

В момента земната атмосфера е изградена от: азот - 78%, кислород - 21% и някои газове CO2, Ar –следи. По този състав земната атмосфера е уникална сред планетите на Слънчевата система. Атмосферите на Венера и Марс се състоят основно от CO2, като атмосферното налягане на повърхността на Венера е 100 пъти по-голямо от това на Земята, а на Марс е 1/100 от това на Земята. Температурата на повърхността на Венера е средно между 450-500оС, на Марс от -130 до +25оС, а на Земята от –20 до +40оС. Външните планети имат атмосфери, изградени от водород, хелий и амоняк. Концентрациите на газовете в земната атмосфера се контролира от няколко различни пояса. Разпределението на кислорода, азота и въглеродния двуокис се определя главно от вулканските изригвания и взаимодействието на тези газове с твърдата земя, хидросферата и живите организми. Разпределението на газовете в незначителни количества като въглероден двуокис, озон (СО2, С, О3) се контролира главно в горната атмосфера, причинени от UV-радиация, идваща от Слънцето. Тези реакции са познати като фотолиза или фотохимични реакции, а UV-радиацията е късовълнова радиация, смъртоносна за много живи организми. Една важна фотохимична реакция е разграждането на О2 молекули на свободни О-атоми. Тези атоми са нестабилни и се свързват помежду си като образуват нова О2 молекула от три атома ОО3. Тази реакция сега се извършва на височина между 30 и 60km с дебелина 25 km. Озонът е химически нестабилен и също се разгражда на О2 + О. В момента степента на образуване на озонът е почти еднакво със степента на неговото разграждане, поради което количеството на О3 има почти еднаква дебелина. Озонът е изключителна важна съставка на атмосферата, защото той адсорбира UV-радиация от Слънцето и е щит за радиацията.

В последните 20 години се наблюдава изтъняване на озонния слой, което се е установило за пръв път от британски учени в Антарктида и това е известно като “озонова дупка”. Намира се главно над Антарктида, но в някои години се разширява на юг до Нова Зеландия, Австралия, южните части на Южна Америка. Изтъняването на О3 се дължи на замърсяването на атмосферата в резултат на химическата промишленост, металургията, а то се наблюдава над южните полярни области, поради специфичната атмосферна циркулация там. От последните 10 години озоновия слой, постепенно е изтънял започва да възвръща нормалната си дебелина.

I. Проиход на земната атмосфера

Предполага се, че земната атмосфера се е образувала по два начина:

  1. чрез отделяне на газове при акрецията на Земята при нейното формиране;

  2. чрез отделяне на газове от земната вътрешност.

Най-простото обяснение е, че атмосферата се е образувала от газовете на газовия облак, който се е формирал (отделил) при образуването на Земята. Ако земната атмосфера се е образувала по този начин тя би трябвало да се състои от газове като: водород, хелий, метан (H, He, SH4). Приема се, че първичната атмосфера на Земята е била изградена от тези газове, след което се е образувала вторична атмосфера с различен състав. Фактът, че по време на вулканските ерупции се отделят огромно количество газове от нейната вътрешност. Голямото разнообразие и повсеместното разпространение на вулкански скали в геоложките разрези, показва, че огромно количество газове са били изхвърляни в атмосферата.

Доказателства, които показват, че на Земята е имало една първична атмосфера е, че летливите елементи са се отделили при формирането на планетите и са се запазили около тях в резултат на гравитацията. Предполага се, че тази първична атмосфера е съществувала до преди 4 млрд. г. Ако някакъв живот е съществувал тогава на Земята, те би трябвало тотално да са измрели след изчезването на тази първична атмосфера. По вероятно е форми на живот да не са съществували преди 4 млрд. г., а и първите доказани фосилни останки са с възраст едва 3,6млрд. г.

Как е изчезнала първичната атмосфера? Една от идеите е, че тя е била издухана от слънчев вятър, който е дошъл от ранното Слънце. Много звезди подобни на нашето слънце преминават през етап по време на който огромно количество енергия се изхвърля от звездата като вятър от високо енергийни частици. Ако нашето Слънце е минало през този стадий, то този вятър е изхвърлил летливите елементи, образуващи ранната земна атмосфера. Друга теория поддържа загубата на първичната земна атмосфера, в резултат на формирането на Луната. Ако тя е образувана в резултат на сблъсък със Земята на космическо тяло голямо, колкото Марс първичната атмосфера ще бъде изцяло загубена в резултат на този сблъсък.

II. Образуване на вторичната атмосфера

Дегазацията на Земята се осъществява директно чрез вулканизма и изветрянето на магмените скали на повърхността, като така се освобождава Н2О-пара и СО2. От тези два процеса на дегазация вулканските изригвания са значително по-важни и са основен механизъм, при който газове се изхвърлят от вътрешността на Земята. Ако направим сравнение между газовете, които в момента се изхвърлят от вулканите и тези, които се намират в атмосферата се вижда, че има много тясна връзка.

Вулканските газове се състоят от Н2О-пара (около 83%), СО2 (12%) и Cl, N, S (5%). Ако се съпостави състава на газовете разтворени в различните водни резервоари в земната повърхност Н2О-пара (около 87%), СО2 (12%) и Cl, N, S (1%) се вижда, че вулканските ерупции са били основен механизъм за образуване на вторичната земна атмосфера.

Няколко фактора показват, че вторичната атмосфера е започнала да се образува след 4 млрд. г. Тогава тя е била богата на СО2, както показват анализи на микроскопични включения на газове в скали с възраст 3,8 млрд. г. Те са основно от СО2. Това е допустимо като се има предвид, че атмосферата на Марс и Венера е изградена основно от СО2.

Атмосферата на Земята след 4 млрд. г. е изградена основно от СО2. Въпроса е от къде е дошъл О2? В момента О2 в земната атмосфера се образува в резултат на два процеса: фотосинтеза и фотолиза на водата.

По време на фотосинтезата водораслите и растенията свързват СО2 и Н2О, като образуват въглехидрати и свободен О2, който отива в атмосферата. Много от въглехидратите се превръщат обратно във СО2 и Н2О в резултат на дишане; при него организмите адсорбират О2 от атмосферата и освобождават СО2 и Н2О. Разлагането на органичния материал, както във вода, така и в континентални условия също адсорбира О2 и освобождава СО2 и Н2О. Окислението на скалите на повърхността на Земята също използва О2 от атмосферата, но окислението е съвсем незначително за загубата на О2, в сравнение с дишането и разлагането на органичния материал. В съвременната епоха степента на СО2 и Н2О освобождавана при дишането, разлагането и окислението е подобна на консумацията на тези газове при фотосинтезата. Малки количества О2 се образуват в резултат на фотохимични реакции с UV лъчи в горната атмосфера. О2 се образува в резултат разграждането на водата на водни молекули на Н и О. Водородът, като много лек елемент лесно се губи в Космоса, кислорода остава в атмосферата. Днес този начин на образуване на О2 е незначителен, в сравнение с образуване на кислорода по време на фотосинтезата. Преди да се появят първите фотосинтезиращи организми в геоложкото минало О2 в атмосферата се е контролирал основно от фотолизата на водата, загубата на водорода в Космоса, окислението на вулканските газове, окислението на желязо в морските басейни и след появата на първите континенти изветрянето на скалите. Тогава степента и количеството на изхвърлените водни пари в резултат на вулканските ерупции е било най-важния фактор за фотолизата на тези водни пари в горната атмосфера и образуване на О2. Едва преди 3,6 млрд г. с появата на първите фотосинтезиращи организми, фотосинтезата става фактор за снабдяването на атмосферата с кислород.


III. Геоложки индикатори за количеството кислород в атмосферата

1. Ивичеста желязна формация (Banded iron formation) – тази формация е изградена от редуването на тъмни пластове, които са представени почти изцяло от магнетит и хематит и светли пластове, които са представени от финозърнест химически отложен Qz.

Тя е най-разпространена в късния архай и ранния протерозой. Тя не се среща преди 3,8 млрд г. и след 800 млн. г. Това показва, че условията на Земята и основно земната атмосфера са били много специфични по време на тези 3 млрд г. Предполага се, че тази формация се е образувала в големи плитки морски басейни върху континентите и тя се проследява на стотици km. Това са едни от най-богатите на желязо скали в света (джеспилити) – Канада-Съдбъри, Курската магнитна аномалия, в Швеция. По време на късния архай и ранния протерозой огромни количества от разтворено желязо e съществувало в ок. басейни. Част от него е дошло от изветрянето на скалите на континентите, а друга част от подводните вулкански изригвания. Изследванията на горещите гейзери на морското дъно сега показват, че разтвореното желязо там е един много характерен елемент. Отлагането на тези железни скали се е извършило вследствие на свързването на разторимото Fe с разтворения О2. По това време в морските басейни е имало голямо количество разтворен О2, защото хематита и магнетита могат да се образуват само при тези условия. Може да се предполага, че свободния О2 в атмосферата е бил в съвсем малки количества. Голямото количество на О2 в морската вода в късния архай и ранния протерозой вероятно се дължи на започналата фотосинтеза от първите водорасли появили се тогава. В скалите на тази формация по време на ранния протерозой са намерени останки от първите фотосинтезиращи водорасли. Кислородът по това време е отивал почти изцяло за образуването на тези железни скали и едва след намаляването на количеството на освобождаваното разтворимо Fe е позволило свободен кислород да отива в атмосферата. Драстично намаляване на образуването и разпространението на тази желязна формация се наблюдава преди 1,7 млрд г. От тогава се смята, че започва да се увеличава и количеството на О2 в атмосферата. Други геоложки индикатори са червените скали.


2. Червени скали – пясъчници и аргилити.

Образуват се в континентални условия. Те имат червен цимент, в резултат на окисление на желязо веднага след тяхното отлагане. За образуването на такива скали е нужен значително количество О2 в атмосферата и факта, че те не са се появили преди 2 млрд г., а са широко разпространени след 1,5 млрд г. показва, че едва тогава количеството на О2 в атмосферата е било значително. Образуването на сулфатите също зависи от наличието на свободен О2 в атмосферата или във водните басейни. Седиментни сулфати не са известни преди 2 млрд г. – доказателство, количеството на О2 в атмосферата е било незначително. Прекамбрийските фосилни находки също дават данни за нарастването на О2 в атмосферата. Архайските и раннопротерозойските оскъдни вкаменелости са били примитивни едноклетъчни организми, като най-ранните техни форми вероятно са живели при липса на О2. Промяната и развитието на безкислородни организми към организними с нуждаещи се от О2 е станало преди 1,5 млрд г. Първата масова поява на многоклетъчни организми е преди 700 млн. г. (края на протерозоя). Тогава се смята, че количеството на кислород в атмосферата е било близко до днешното.



1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница