ответы по геоэкологии


Понятие о геоэкологии
Геоэкология — комплексная наука на стыке экологии, геологии, геохимии, биологии и географии. Зарождение геоэкологии связывают с именем немецкого географа К. Тролля, который ещё в 30-х годах прошлого века понимал под ней одну из ветвей естествознания, объединяющую экологические и географические исследования в изученииэкосистем. По его мнению, термины «геоэкология» и «ландшафтная экология» являются синонимами. В России широкое использование термина «геоэкология» началось с 1970-х годов, после упоминания его известным советским географом В. Б. Сочавой. Как отдельная наука окончательно сложилась в начале 1990-х годов ХХ века.Однако, чёткого и общепринятого определения этот термин до сих пор не получил, предмет и задачи геоэкологии также формулируются по-разному, зачастую весьма разнородно. В самом общем случае они сводятся в основном к изучению негативных антропогенных воздействий на природную среду.В рамках широкого понятия «геоэкология» находятся многие весьма разнообразные научные направления и практические проблемы. В связи с тем, что геоэкология охватывает многообразные аспекты взаимодействия общества и природы, наблюдается различная трактовка её предмета, объекта и содержания, не определен круг вопросов геоэкологических исследований, не существует общепризнанной методологии и терминологической базы.
Основные направления исследования геоэкологии
Можно выделить по меньшей мере два крупных направления в понимании термина «геоэкология», предмета, целей и задач этой науки:
1 Геоэкология рассматривается, как экология геологической среды. При таком подходе геоэкология изучает закономерные связи (прямые и обратные) геологической среды с другими составляющими природной среды — атмосферой, гидросферой, биосферой, оценивает влияние хозяйственной деятельности человека во всех её многообразных проявлениях и рассматривается как наука на стыке геологии, геохимии, биологии и экологии.
2 Геоэкология трактуется как наука, изучающая взаимодействие географических, биологических (экологических) и социально-производственных систем. В этом случае геоэкология изучает экологические аспекты природопользования, вопросы взаимоотношений человека и природы, для неё характерно активное использование системной и синергетической парадигм, эволюционного подхода. Здесь геоэкология рассматривается как наука на стыке географии и экологии.
Существует и ряд других воззрений на геоэкологию. Так, можно выделить различные трактовки в зависимости от того, какую науку (географию или экологию) автор принимает за основу геоэкологии. Ряд авторов рассматривает геоэкологию как экологизированную географию, изучающую приспособление хозяйства к вмещающему ландшафту. Другие — частью экологии, в которой изучаются последствия взаимодействия биотических и абиотических компонентов.
Многие учёные считают геоэкологию результатом современного развития и синтеза целого ряда наук: географических, геологических, почвенных и других. Эти авторы выступают за широкое понимание геоэкологии как интегральной науки экологической направленности, изучающей закономерности функционирования антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации.
Общие понятия о геоэкосистемах. Их структура, взаимосвязь составляющих элементов.
Географическая система (геосистема) (др.-греч. γε, - Земля и др.-греч. σύστημα, - целое, составленное из частей) — фундаментальная категория географии и геоэкологии, обозначающая совокупность компонентов географической оболочки, объединённых потоками энергии и вещества. В целом, это понятие очень близко к понятию экосистемы или геобиоценоза.
Понятие «геосистема» в советскую науку ввёл академик Сочава. Поскольку практически все географические науки в той или иной степени занимаются вопросами взаимодействия компонентов природной среды, существует довольно много понятий, близких к понятию геосистемы.
Геосистема — относительно целостное территориальное образование, формирующееся в тесной взаимосвязи и взаимодействии природы, населения и хозяйства, целостность которого определяется прямыми, обратными и преобразованными связями, развивающимися между подсистемами геосистемы[1]. Каждая система обладает определенной структурой, которая формируется из элементов, отношений между ними и их связей с внешней средой. Элемент — это основная единица системы, выполняющая определенную функцию. В зависимости от масштаба («уровня разрешения»), элемент на определенном уровне представляет собой неделимую единицу. При увеличении уровня разрешения исходный элемент утрачивает свою автономность и становится источником элементов новой системы (подсистемы). Такой подход наиболее важен в географии, оперирующей территориальными системами разных масштабов.
Каждый элемент системы и система в целом характеризуется определенными свойствами. Адекватное познание системы зависит от цели конкретного исследования и определения на этой основе множества наиболее существенных свойств. Исчерпывающе описать систему только через свойства невозможно, в связи с чем важной задачей любого системного исследования является определение ограниченного, конечного множества свойств. Это же относится к отношениям между элементами системы.Геосистемы обладают огромным количеством свойств. Главными из них являются: а) целостность (наличие единой цели и функции); б) эмерджентность (несводимость свойств системы к сумме свойств отдельных элементов); в) структурность (обусловленность поведения системы ее структурными особенностями); г) автономность (способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, то есть состояние с низкой энтропией); д) взаимосвязанность системы и среды (система формирует и проявляет свои свойства только в процессе взаимодействия с внешней средой); е) иерархичность (соподчиненность элементов системы); ж) управляемость (наличие внешней или внутренней системы управления); з) устойчивость (стремление к сохранению своей структуры, внутренних и внешних связей); и) множественность описаний (в силу сложности систем и неограниченного количества свойств их познание требует построения множества моделей в зависимости от цели исследования); к) территориальность (размещение в пространстве — это главное свойство систем, рассматриваемое географией); л) динамичность (развитие систем во времени); сложность (качественные и количественные различия ее элементов и атрибутов).
Законы термодинамики , как основа существования систем. Особенности энергетики диссипативных систем
Термодинамика - наука, изучающая законы превращения энергии и особенности процессов этих превращений.
В основу термодинамики положены основные законы или начала.
1НТ характеризует собой количественное выражение закона сохранения и превращения энергии: «энергия изолированной системы при всех изменениях происходящих в системе сохраняет постоянную величину».
2НТ характеризует качественную сторону и направленность процессов, происходящих в системе. Второе начало термодинамики отражает принципы существования абсолютной температуры и энтропии, как функций состояния, и возрастания энтропии изолированной термодинамической системы. Важнейшим следствием второго начала является утверждение о невозможности осуществления полных превращений теплоты в работу.
3НТ (закон Нерста) гласит о том, что при абсолютном нуле температур все равновесные процессы происходят без изменения энтропии.
Метод термодинамики заключается в строгом математическом развитии исходных постулатов и основных законов, полученных на основе обобщения общечеловеческого опыта познания природы и допускающих прямую проверку этих положений во всех областях знаний
Система–тело или совокупность тел, нах-ся в мех.и тепл.взаимодействии
Системы делятся на закрытые и открытые системы.
Закрытая система–система, в которой количество вещества остаётся постоянным при всех происходящих в ней изменениях.
Закрытые системы делятся на изолированные и неизолированные системы.
Изолированная система – система, у которой нет энергетического взаимодействия с внешней средой.
Гомогенная - система, состоящая из одной фазы вещества или веществ.
Однородная - гомогенная система, неподверженная действию гравитационных, электромагнитных и других сил и имеющая во всех своих частях одинаковые свойства.
Гетерогенная - система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз), отделенных поверхностью раздела.
Равновесным состоянием системы-состояние системы, которое может существовать сколь угодно долго при отсутствии внешнего воздействия.
Термодинамическая система – объект изучения термодинамики – система, внутреннее состояние которой может быть описано независимых переменных, которые называются параметрами состояния.
5 основные энергетические потоки на нашей планете
Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет — единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого, в соединении с углекислым газом и водой, рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге растения «кормят» весь остальной живой мир, т. е. солнечная энергия через растения как бы передается всем организмам.Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую, или трофическую цепь:отавтотрофов, продуцентов (создателей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так 4—6 раз с одного трофического уровня на другой.Трофический уровень — это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень — это продуценты, все остальные — консументы. Второй трофический уровень -— это растительноядные консументы; третий — плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый — консументы, потребляющие других плотоядных, и т. д. Следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т. д. порядков (рис. 5.4).Четко распеределяются по уровням лишь консументы, специализирующиеся на определенном виде пищи. Однако есть виды, которые питаются мясом и растительной пищей (человек, медведь и др.), которые могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.Пища, поглощаемая консументом, усваивается не полностью — от 12 до 20% у некоторых растительноядных, до 75% и более у плотоядных. Энергетические затраты связаны прежде всего (рис. 5.5) с поддержанием метаболических процессов, которые называют тратой на дыхание, оцениваемая общим количеством С02, выделенного организмом. Значительно меньшая часть идет на образование тканей и некоторого запаса питательных веществ, т. е. на рост. Остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. Кроме того, значительная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и особенно при активной мышечной работе. В конечном итоге вся энергия, использованная на метаболизм, превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде.Таким образом, большая часть энергии при переходе с одного трофического уровня на другой, более высокий, теряется приблизительно потери составляют около 90%: на каждый следующий уровень передается не более 10% энергии от предыдущего уровня. Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то при попаданиии в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю останется лишь 1 Дж, т. е. 0,1 % от калорийности растительной пищи.Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на уровень не совсем реальна, поскольку трофические цепи экосистем сложно переплетаются, образуя трофические сети. Но конечный итог: рассеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала ясизнъ, должна возобновляться.Нельзя забывать еще и мертвую органику, которой питает- ся значительная часть гетеротрофов. Среди них есть и сапро-фаги и сапрофиты (грибы), использующие энергию, заключенную в детрите. Поэтому различают два вида трофических цепей: цепи выедания, или пастбищные, которые начинаются с поедания фотосинтезирующих организмов, и детритные цепи разложения, которые начинаются с остатков отмерших растений, трупов и экскрементов животных.Таким образом, входя в экосистему, поток лучистой энергии разбивается на две части, распространяясь по двум видам трофических сетей, но источник энергии общий — солнечный свет.
6.особенности круговоротов веществ и химических элементов. Осадочная и мобильная составляющая циклов
Круговорот веществ и превращение энергии как основа существования биосферы. Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер.
В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы — в живые организмы, а из них—в окружающую среду, пополняя таким образом неживое вещество биосферы. Эти процессы повторяются бесконечное число раз. Так, например, весь атмосферный кислород проходит через живое вещество за 2 тыс. лет, весь углекислый газ — за 200—300 лет.
Непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Необходимость такой циркуляции объясняется ограниченностью их запасов на планете. Чтобы обеспечить бесконечность жизни, химические элементы должны совершать движение по кругу. Круговорот каждого химического элемента является частью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т. е. все круговороты тесно связаны между собой.
Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основой биогенного круговорота, обеспечивающего существование жизни, является солнечная энергия. Связанная в органических веществах энергия но ступеням пищевой цепи уменьшается, потому что большая ее часть поступает в окружающую среду в виде тепла или же тратится на осуществление процессов, происходящих в организмах, Поэтому в биосфере наблюдается поток энергии и ее преобразование. Таким образом, биосфера может быть устойчивой только при условии постоянного круговорота веществ и притока солнечной энергии.
Круговорот воды. Вода — самое распространенное вещество в биосфере. Основные ее запасы (97,1%) сосредоточены в виде солено-горькой воды морей и океанов. Остальные воды — пресные. Воды ледников и вечных снегов (т. е. вода в твердом состоянии) вместе составляют около 2,24% (70% от запасов всей пресной воды), грунтовые воды — 0,61%, воды озер и рек соответственно 0,016% и 0,0001%, атмосферная влага—0,001%.
Вода в виде водяного пара испаряется с поверхности морей и океанов и переносится воздушными потоками на различные расстояния. Большая часть испарившейся воды возвращается в виде дождя в океан, а меньшая — на сушу. С суши вода в виде водяного пара теряется благодаря процессам испарения с ее поверхности и транспирации растениями. Вода переносится в атмосферу и в виде осадков возвращается на сушу или в океан. Одновременно с континентов в моря и океаны поступает речной сток воды.
Как видим, основу глобального круговорота воды в биосфере обеспечивают физические процессы, происходящие с участием мирового океана. Роль живого вещества в них, казалось бы, невелика. Однако на континентах масса воды, испаряемая растениями и поверхностью почвы, играет главную роль в круговороте воды. Так, в различных лесных зонах основное количество осадков образуется из водяного пара, поступающего в атмосферу благодаря суммарному испарению, и в результате такие зоны живут как бы на собственном замкнутом водном балансе. Масса воды, транспи-рируемая растительным покровом, весьма существенна. Так, гектар леса испаряет 20—50 т воды в сутки. Роль растительного покрова заключается также в удержании воды путем замедления ее стока, в поддержании постоянства уровня грунтовых вод и др.
Круговорот углерода. Углерод — обязательный химический элемент органических веществ всех классов. Огромная роль в круговороте углерода принадлежит зеленым растениям. В процессе фотосинтеза углекислый газ атмосферы и гидросферы ассимилируется наземными и водными растениями, а также циа-нобактериями и превращается в углеводы. В процессе же дыхания всех живых организмов происходит обратный процесс: углерод органических соединений превращается в углекислый газ. В результате ежегодно в круговорот вовлекаются многие десятки миллиардов тонн углерода. Таким образом, два фундаментальных биологических процесса — фотосинтез и дыхание — обусловливают циркуляцию углерода в биосфере.
Еще одним мощным потребителем углерода являются морские организмы. Они используют соединения углерода для построения раковин, скелетных образований. В дальнейшем остатки отмерших морских организмов образуют на дне морей и океанов мощные отложения известняков.
Цикл круговорота углерода замкнут не полностью. Углерод может выходить из него на довольно длительный срок в виде залежей каменного угля, известняков, торфа, сапропелей, гумуса и др.
Человек нарушает отрегулированный круговорот углерода в ходе интенсивной хозяйственной деятельности. За счет сжигания огромного количества ископаемого топлива содержание углекислого газа в атмосфере за XX в. возросло на 25%. Последствием этого может стать усиление парникового эффекта.
Круговорот азота. Азот — необходимый компонент важнейших органических соединений: белков, нуклеиновых кислот, АТФ и др. Основные его запасы сосредоточены в атмосфере в форме молекулярного азота, недоступного для растений, так как они способны использовать его только в виде неорганических соединений.
Пути поступления азота в почву и водную среду различны. Так, небольшое количество азотистых соединений образуется в атмосфере во время гроз. Вместе с дождевыми водами они поступают в водную или почвенную среду. Небольшая часть азотистых соединений поступает при извержениях вулканов.
К прямой фиксации атмосферного молекулярного азота способны лишь некоторые прокариотические организмы: бактерии и цианобактерии. Наиболее активными азотфиксаторами являются клубеньковые бактерии, поселяющиеся в клетках корней бобовых растений. Они переводят молекулярный азот в соединения, усваиваемые растениями. После отмирания растений и разложения клубеньков почва обогащается органическими и минеральными формами азота. Значительную роль в обогащении водной среды азотистыми соединениями играют цианобактерии.
Азотсодержащие органические вещества отмерших растений и животных, а также мочевина и мочевая кислота, выделяемые животными и грибами, расщепляются гнилостными {аммонифицирующими) бактериями до аммиака. Основная масса образующегося аммиака окисляется нитрифицирующими бактериями до нитритов и нитратов, после чего вновь используется растениями. Некоторая часть аммиака уходит в атмосферу и вместе с углекислым газом и другими газообразными веществами выполняет функцию удержания тепла планеты.
Различные формы азотистых соединений почвы и водной среды могут восстанавливаться некоторыми видами бактерий до оксидов и молекулярного азота. Этот процесс называется денитрификацией. Его результатом является обеднение почвы и воды соединениями азота и насыщение атмосферы молекулярным азотом.
Процессы нитрификации и денитрификации были полностью сбалансированы вплоть до периода интенсивного использования человеком азотных минеральных удобрений в целях получения больших урожаев сельскохозяйственных растений.
Таким образом, роль живых организмов в круговороте азота является основной.
Эволюция биосферы. Современная структура биосферы и границы обитания современных организмов формировались постепенно. Они являются результатом долгой истории Земли, начиная с ее возникновения и до настоящего времени.
Доказательства развития биосферы многочисленны и бесспорны. Это прежде всего ископаемые остатки древних организмов. Изучая их, ученые установили главные этапы в истории развития органической жизни планеты. Предполагают, что за всю историю биосферы ее населяли, сменяя друг друга, примерно 500 млн. видов организмов.
Важнейший этап развития жизни на Земле тесно связан с изменением содержания кислорода в атмосфере и становлением озонового экрана. Древние фототрофные цианобактерии насытили кислородом первичный океан, благодаря которому водные организмы получили возможность осуществлять аэробное дыхание. Поступление кислорода в атмосферу обусловило образование мощного озонового слоя, поглощающего коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Формирование озонового слоя позволило организмам выйти на сушу и заселить ее разнообразные местообитания. Это стало возможным тогда, когда содержание кислорода в атмосфере достигло величины, составляющей 10% от его современной концентрации. К концу палеозоя, в пермском периоде, концентрация кислорода в атмосфере достигла современного уровня.
Каждый период развития биосферы характеризовался свойственным ему комплексом условий среды и живых организмов. В кайнозойскую эру произошло становление человека, который в начале своей эволюции хорошо вписывался в природу. Перейдя к активной трудовой деятельности, человек вырвался из плена естественной природной зависимости. Человеческое общество с течением времени усиливало свое воздействие на природную среду. В настоящее время в эпоху НТР, совпавшей с бурным ростом численности населения планеты (демографический взрыв), деятельность человека соизмерима по своим последствиям на природную среду с действием самых мощных природных явлений.
ЦИКЛ ОСАДОЧНЫЙ (СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ) —определенная последовательность в смене обстановок осадконакопления, повторяющаяся в тех или иных вариациях в ходе развития данной акватории или территории. К осад. циклам часто относят интервалы между последовательными морскими трансгрессиями, между существенными перерывами в отложениях осадков и т. д. Циклами или циклотемами (а также неточно ритмами) именуют и вещественный результат последовательной смены условий седиментации, Т. е. соответствующие комплексы отл. Циклы могут быть самой разл. продолжительности: до 180— 240 млн. лет, отвечающих альпийскому, герцинскому, каледонскому и более древним этапам развития геосинклиналей. Таким циклам соответствуют определенные ряды геол. форм. (геогенерации), в т. ч. осадочно-вулканогенных. Примером может служитьряд, установленный на Кавказе: 1) спилито-кератофировая форм.; 2) аспидная; 3) флишевая; 4)шлировая (нижнемолассовая); 5)собственно молассовая (верхнемолассовая). Могут быть циклы и менее длительные, вплоть до весьма кратковременных. Изучение разрезов осад. толщ позволяет установить проявление цикличности многих (по продолжительности) порядков, не менее 16 (Хаин, 1964). Отдельные циклы низшего порядка являются лишь стадиями (фазами) циклов высшего порядка. Циклы низших порядков обусловлены гл. обр., хотя отнюдь не исключительно, климатическими причинами. По мере же перехода к более крупным циклам, все большее и в конце концов решающее значение в их образовании приобретают колебательные, а затем (с периодов в 35—40 млн. лет) волновые движения. Чаще всего выделяют осад. циклы (иногда называемые неточно мезоритмами), продолжительностью в десятки и сотни тысяч лет, обусловившие образование угленосных циклов (мезоциклов) и циклов в морских отл. некоторых геосинклинальных обл.
7 процессы, обеспечивающие согласованность отдельных циклов круговорота веществ
Человек интенсивно трансформирует процессы круговорота всех химических элементов не только на локальном, но и биосферном уровне. Человечество - это часть биосферы (с его производством).
Принципиальных различий в утилизации природных ресурсов между человеком и другими организмами нет с точки зрения экологии: различия заключаются лишь в масштабах. Тот факт, что человек научился утилизировать природные ресурсы, создавая для этого специальные средства, сути дела не меняет. Сколь бы ни были масштабными процессы антропогенной трансформации вещества, они осуществляются в рамках глобальных биогеохимических циклов. Человек не в силах радикально изменить эти циклы. Самое большее, что он может, - это изменить баланс вещества на определенных этапах глобальных циклов или на определенных территориях.
Человек находит и добывает природные ресурсы, перевозит их к местам переработки, производит из них энергию, какую-либо продукцию и предметы, которые в итоге поступают в пользование в виде средств производства или изделий, сооружений и т.д., т.е. человек вовлекает природные ресурсы (вещества) в ресурсный цикл.
Под ресурсным циклом понимают совокупность превращений и перемещений определенного вещества или групп веществ на всех этапах использования его человеком (выявление, извлечение из природной среды, переработку, использование, возвращение в природу). Но если природные циклы веществ замкнутые, то ресурсный цикл как круговорот практически не замкнут, т.е. использованные вещества не возвращаются в места их изъятия.
На каждом этапе ресурсного цикла неизбежны потери. При добыче часть сырья остается в местах залегания, а в отвалы идет так называемая «пустая порода», на извлечение которой тратится энергия. Значительная доля добытого ископаемого теряется при транспортировке к заводам и фабрикам при перегрузке, переработке. Если ресурс используется как топливо, то при его сгорании образуются шлаки, идущие в отвалы, оксиды, летящие в атмосферу, и т.д.
Если же нефть, уголь перерабатываются промышленностью, то неизбежно образование побочных твердых, жидких, газообразных продуктов, как технологических отходов, формирующих так называемые хвостовые выбросы, которые наносят вред экосистемам, нарушают качество среды, отрицательно влияют на здоровье людей.
Таким образом, получается парадоксальная ситуация: загрязнение среды дают природные ресурсы! На их добычу, перевозку затрачиваются огромные средства, энергия, время, но они же в конечном счете ухудшают качество окружающей среды. В связи с данной ситуацией возник афоризм: загрязнение среды - это природные ресурсы, оказавшиеся не на своем месте.
Но при добыче полезных ископаемых и переработке сырья образуется большое количество отходов. Академик Прянишников пишет, что количество отходов растет, как и добыча сырья, по экспоненциальному закону и человечество все больше и больше работает на отходы. Так, на каждую тонну производимого калийного удобрения образуется от трех до четырех тонн галитовых отходов, в основном содержащих хлорид натрия. Крупнотоннажным отходом производства фосфорных удобрений является фосфогипс, которого при переработке апатитового концентрата получается 4,25 тонн, а при переработке фосфоритов Каратау - 5,6 тонны на каждую тонну экстракционной фосфорной кислоты. Большое количество отходов образуется и при обогащении фосфатного сырья.
При обогащении медных руд в отходы идет флотационный серный колчедан. Он используется для производства серной кислоты. Однако при обжиге серного колчедана образуется колчеданный огарок (» 0,73-0,75 т на 1 т пирита). Ежегодно его скапливается более 5 млн. тонн. Огарок используется далеко не полностью, хотя содержит в основном железо, а также цветные и драгоценные металлы. Просачиваясь через отвалы, поверхностные воды в результате выщелачивания сульфидов увеличивают свою кислотность и обогащаются железом, медью, никелем, кальцием, сульфатами и другими веществами. Эти воды загрязняют реки, водоемы и подземные воды.
Высокая концентрация тяжелых металлов может оказаться токсичной для растений, подавляя их рост.
Тепловые элекростанции дают десятки миллионов тонн пылевидной золы и кусковых шлаков в год. Отвалы крупной тепловой электростанции занимают сотни гектаров ценных земель, но эти отходы представляют сырье для производства строительных материалов. Зола может быть сырьем для извлечения ряда металлов: железа, алюминия. Золу можно использовать в производстве наполнителей бетона, силикатного кирпича, шлакометаллов и др.
Мы убедились ранее, какие сложные закономерности сопровождают антропогенный круговорот вещества при использовании ресурсов геобиоцинозов (т.е. экологических систем).
Так, если вырубается древостой, то вся экосистема может прекратить свое существование просто потому, что изымается и отчуждается основная масса запасенной энергии и вещества, которая должна была передаваться на следующие трофические уровни. На месте уничтоженной экосистемы может возникнуть новая, но значительно менее продуктивная. Таким образом, рассеивание вещества и энергии резко опережает ее восстановление, и естественный круговорот прекращается. Чтобы не допустить этого, человек вынужден брать на себя восстановление экосистемы: высевание семян, внесение органо-минеральных удобрений, обеспечение растенийводой и т.п.
8 основные теории формирования солнечной системы
Все научные теории о формировании нашей Солнечной системы можно разделить на подразделы по следующим категориям: приливные, небулярные и аккреционные. Предпоследние теории привлекают на данное время наибольший интерес.
Приливная теория, по всей видимости, впервые была предложена Бюффоном, и непосредственно никоим образом не связывает в себе сформирование планет и звезд. По данной теории предполагается, что мимо Солнца пролетала другая звезда, которая смогла путем приливного взаимодействия вытянуть из нашего светила, либо из себя, струю вещества, из которого и смогли сформироваться планеты. Данная идея сталкивается с большим количеством проблем физического характера. К примеру, горячее вещество, которое было выброшено звездой, непременно должно было распыляться, а не впадать в процесс конденсации. Из-за данных физических проблем данная теория в наше современное время является весьма не популярной по той причине, что она ни как не может разъяснить механические особенности нашей Солнечной системы и представляет ее рождение всего лишь как случайное и весьма редкое событие.
Следуя аккреционной теории, получается, что еще молодое Солнце захватило собой вещество будущей системы планет, пролетая в этот момент непосредственно сквозь межзвездное облако. А ведь действительно, молодые звезды весьма часто встречаются вблизи крупнейших межзвездных облаков. Однако есть одна проблема: в рамках данной теории весьма трудно становится объяснить градиент химического состава в нашей планетной системе.
Общепринятой и наиболее разработанной в наше время является небулярная гипотеза формирования Солнечной системы, которая была предложена в конце восемнадцатого века Кантом. Данная теория имеет идею, которая состоит в том, что планеты и наше светило сформировались одновременно из одного единого вращающегося облака, сжимаясь которое превратилось в диск, по центру которого и образовалось Солнце, а на его периферии образовались планеты. Следует отметить, что данная идея весьма отличается от гипотезы, предложенной Лапласом, согласно которой в начале из облака сформировалось светило, и только потом по мере сжатия Солнца центробежная сила смогла оторвать с экватора некие газовые кольца, которые смогли позже сконденсироваться в  планеты. К тому же, как уже было сказано ранее, гипотеза Лапласа сталкивается с некоторыми трудностями, имеющих физический характер, которые не удается преодолеть вот уже на протяжении двух сот лет подряд.
Наиболее удачным является современный вариант небулярной гипотезы, который был создан Камероном и его коллегами. Согласно их модели протопланетная туманность являлась примерно в два раза массивнее, нежели нынешняя планетная система. На протяжении первой сотни миллионов лет Солнце, постепенно начиная формироваться, уже выбрасывало из себя горячее вещество. Данное поведение, следуя из наблюдений, характерно для молодых звезд, которые согласно имени прототипа принято называть типом Т Тельца. Распределение температуры и давления данного вещества, в туманности следуя модели Камерона, весьма хорошо согласуется с градиентом химического состава нашего Солнечной системы.
Таким образом, скорее всего, вероятно, Солнце и окружающие его планеты сформировались из одного, единого сжимающегося облака. В центральной части данного облака, где температура и плотность были несколько выше, смогли сохраниться лишь тугоплавкие вещества, в то время как на периферии смогли сохраниться лишь летучие вещества. Данной теорией хорошо разъясняется градиент химического состава Солнечной системы. В соответствии с данной моделью формирование любой планетной системы просто вынуждено сопровождать раннюю эволюцию всех звезд, схожих с типом Солнца.
Так же существует большое количество гипотез о процессе роста планет. Скорее всего, планеты смогли сформироваться в результате весьма случайных столкновений, после которых произошло слипание небольших тел и объектов, которые было принято называть планетезималями. Однако, в полнее может быть и такое, что мелкие тела смогли объединиться в более габаритные сразу же большими группами из-за результата гравитационной неустойчивости. Остается не разъясненным то, проходила все же аккумуляция планет в безгазовой, либо в газовой среде. Ведь в газовой туманности перепады температуры постепенно сглаживаются, однако, при условии, когда часть газа  превращается в пылинки в результате процесса конденсации, а остатки газа будут выметены звездным ветром. В таком случае прозрачность тумана должна резко возрасти, из-за чего в системе должен возникнуть сильнейший градиент температуры. По этой причине, до сих пор остается не разъясненным, каковы именно являются характерные времена для процесса конденсации газа для преобразования его в пылинки, аккреции планетезималей непосредственно в планеты и их спутники, и процесс аккумуляции пылинок в эти планетезимали.
9 Солнце, общие сведения о нем и его влияние на нашу планету. Солнечные циклы.
 Солнце – ближайшая к нам звезда. Расстояние до него по астрономическим меркам невелико: лишь 8 минут идет свет от Солнца до Земли. Но как повезло нам, жителям Земли!
Солнце – это не заурядный желтый карлик, как раньше было принято говорить. Это звезда, около которой есть планеты, содержащие много тяжелых элементов. Это звезда, которая образовалась после взрывов сверхновых, она богата железом и другими элементами. Около которой смогла сформироваться такая планетная система, на третьей планете которой – Земле – возникла жизнь.
Пять миллиардов лет – возраст нашего Солнца. За счет чего оно светит? Какова структура и дальнейшая эволюция Солнца? Какое влияние оказывает Солнце на Землю?
Солнце – звезда, вокруг которой обращается наша планета. Среднее расстояние от Земли до Солнца, т.е. большая полуось орбиты Земли, составляет 149,6 млн. км = 1 а.е. (астрономическая единица).
Солнце является центром нашей планетной системы, в которую кроме него входят 9 больших планет, несколько десятков спутников планет, несколько тысяч астероидов (малых планет), кометы, метеорные тела, межпланетные пыль и газ.
Солнце – звезда, которая светит достаточно равномерно на протяжении миллионов лет, что доказано современными биологическими исследованиями остатков сине-зеленых водорослей. Если бы температура поверхности Солнца изменилась всего на 10 %, жизнь на Земле, вероятно, была бы уничтожена. Наша звезда ровно и спокойно излучает энергию, столь необходимую для поддержания жизни на Земле.
Эта роль Солнца была замечена еще в древности. В религиях всех народов мира, мифах и сказках Солнце занимало всегда главное место. У всех народов Солнце – главное божество, например лучезарный бог Гелиос у древних греков, Дажьбог и Ярило у древних славян. От Солнца зависела жизнь человека, его благосостояние. Именно Солнце приносило тепло, давало хороший урожай.
Тысячелетиями Солнце представлялось чем–то незыблемым, совершенным, могущественным и было скорее предметом поклонения, чем исследования. Только с началом наблюдений в телескоп Галилей доказал, что на Солнце есть пятна, что Солнце вращается, установил период вращения нашей звезды.
Общие сведения о Солнце:
Масса 2•1030 кг
Радиус 696 000 км
Средняя плотность 1 400 кг/м3
Среднее расстояние от Земли 149,6 млн. км
Период вращения 25,380 суток
Светимость 3,86•1026 Вт
Видимая звездная величина –26,75m
Спектральный класс G2 V
Эффективная температура поверхности 5 780 К
Возраст около 5 млрд. лет
Размеры Солнца очень велики. Так, радиус Солнца в 109 раз, а масса – в 330 000 раз больше радиуса и массы Земли. А вот средняя плотность нашего светила невелика – всего в 1,4 раза больше плотности воды.
Впервые вращение Солнца наблюдал Галилей по движению пятен по поверхности. Различные зоны Солнца вращаются вокруг оси с различными периодами. Так точки на экваторе имеют период около 25 суток, на широте 40° период вращения равен 27 суток, а вблизи полюсов – 30 суток. Это доказывает, что Солнце вращается не как твердое тело, скорость вращения точек на поверхности Солнца уменьшается от экватора к полюсам.
Полное количество энергии, излучаемой Солнцем, составляет L = 3,86•1033 эрг/с = 3,86•1026 Вт. Это соответствует 6,5 кВт с каждого квадратного сантиметра его поверхности! Лишь одну двухмиллиардную часть этой энергии получает Земля.
Мы все прекрасно знаем, какую роль в жизни каждого из нас играет Солнце. Свет и тепло небесного Светила подарили нам жизнь, но солнечные ветры в ближайшем будущем могут принести нам немало бед, и сейчас мы немного поговорим о солнечной активности.
Солнечную активность изучает множество обсерваторий, ученые и исследователи, так как изменения на солнце, поведение солнечных пятен, появление солнечных вспышек и корональных дыр могут существенно повлиять на жизнь всей планеты.
Физические магнитные бури могут влиять не только на наше самочувствие и психологию, но также негативно отражаться на росте растений, на работе электроприборов. Также поведение Солнца нередко вызывает изменения магнитного поля Земли.
Вспышки солнечной активности
Вспышки, как правило, цикличны, и повторяются раз в 11 и 22 года. Здесь наблюдается наличие пика – периода максимума, а также наличие периода минимума. Зафиксировано, что в периоды максимума случаются серьезные катаклизмы и происходят мировые войны, увеличивается число выхода из строя электроприборов, а также наблюдается ухудшение нашего самочувствия.
Ученые предсказывают на 2011-2012 год очередные вспышки на солнце, что может повлечь за собой ухудшение нашего здоровья и поломку электроприборов.
Чем страшна солнечная атака
Сотрудники НАСА и астрономы Европейского космического агентства говорят о том, что в 2011-12 годах количество пятен на Солнце существенно увеличится, а именно: до нескольких сотен, а это будет способствовать огромному выбросу радиации.
Какие последствия нас могут ожидать? Может произойти отключение мировых электростанций, на восстановление которых уйдут годы. Также многие компании озабочены тем, что из строя выйдут спутниковые системы, и убыток может составить сотни миллиардов долларов. «Солнечный удар» повлияют на здоровье людей, особенно это почувствуют те, кто страдает сердечнососудистой недостаточностью или имеет хронические заболевания.
Относительные сроки всплеска солнечной активности приходятся на октябрь 2011 года и на август 2012-го.
Вы можете не верить в предсказания Майя о конце света, но то, что происходит на Солнце – вполне реальный факт, и мы должны быть готовы к некоторым ожидающим нас критическим моментам.
У нас на сайте вы можете наблюдать моделирование солнечной активности в реальном времени (online) Возможно периодическое отключение датчиков и камер на спутниках в виду технических неисправностей.
Солнечные циклы
Как известно не так давно мы с вами, уважаемые коллеги стали свидетелями очередного 23-го максимума 11-го летнего цикла солнечной активности. Но существуют ли еще, какие либо циклы активности, кроме вышеупомянутого 11-те летнего? Прежде чем отвечать на этот вопрос, напомню вкратце, что же такое солнечная активность. В Большой Советской Энциклопедии данному термину дается следующее определение: Солнечная активность - совокупность явлений наблюдаемых на Солнце… К этим явлениям относятся образование солнечных пятен, факелов, протуберанцев, флоккулов, волокон, Изменением интенсивности излучения во всех участках спектра. В основном эти явления связанны с тем, что на солнце имеются участки с отличающимся от общего магнитным полем. Данные области называются активными. Их количество, размеры, а так же распределение их на Солнце не являются постоянными, а изменяются со временем. Следовательно, со временем, меняется, и активность нашего дневного светила. Причем это изменение активности циклическое. Так вкратце можно пояснить суть предмета нашего разговора.
В периоды максимума цикла Активные области расположены по всему солнечному диску, их много и они хорошо развиты. Период минимума они располагаются вблизи экватора их не много, и они развиты слабо. Видимым проявлением активных областей являются солнечные пятна, факелы, протуберанцы, волокна, флоккулы и пр. Наиболее известным и изученным является 11 летний цикл, открытый Генрихом Швабе и подтвержденным Робертом Вольфом, который исследовал изменение активности солнца при помощи предложенного им индекса Вольфа, за два с половиной столетия. Изменение Активности солнца с периодом равным 11,1 года носит название закона Швабе - Вольфа. Также предполагается существовании 22, 44 и 55 летних циклов изменения активности. Установлено что величина максимума циклов меняется с периодом около 80 лет. Эти периоды проявляются непосредственно на графике активности солнца.
Но ученые, изучив кольца на спилах деревьев, ленточную глины, сталактитам, залежам ископаемых, раковинам моллюсков и другие признаки, предположили существование и более продолжительных циклов, длительностью около 110, 210, 420 лет. А так же и так называемые вековые продолжительностью и сверхвековые циклы 2400, 35000, 100 000 и, даже, 200 - 300 миллионов лет.
Но зачем уделять так много внимания изучению активности Солнца? Ответ заключается в том, что наше дневное светило оказывает огромное влияние на землю и на земную жизнь. Увеличение интенсивности так называемого "солнечного ветра" - потока заряженных частиц - корпускул - испускаемых Солнцем, может вызвать не только прекрасные полярные сияния, но и возмущения в магнитосфере земли - Магнитные бури - которые влияют не только на оборудование, что может привести к техногенным авариям, Нои непосредственно не здоровье человека. Причем не только физическое, но и психическое. В периоды максимума, например, учащаются случаи самоубийств. Активность солнца влияет так же на урожайность, рождаемость и смертность, и многое другое.
Вообще любой астроном - любитель может, проводя регулярные наблюдения Солнца сравнивать ее график с графиками интенсивности каких либо явлений связанных с атмосферой, биосферой и другие.
10. планеты солнечной системы и их спутники, влияние на нашу планету
Спутники планет Солнечной системы были открыты не сразу. Изначально считалось, что Луна, спутник Земли, была планетой. Постепенно, в ходе исследований было установлено, что у каждой планеты есть свой собственный спутник и даже не один.
Только у двух планет нет спутников – у Венеры и Меркурия. Некоторые карликовые планеты также не имеют спутников, например, Церера и Макемаке. Всего же насчитывают около 170 спутников планет Солнечной системы. Все спутники вращаются вокруг своих планет, а планеты, в свою очередь, вращаются вокруг единственной звезды в нашей планетной системе - Солнца. Благодаря гравитации планеты и их спутники не могут улететь в космическое пространство. В других звёздных системах не было обнаружено ни одного спутника у планет. Потому можно предположить, что спутники у планет есть только лишь в Солнечной системе, но не факт.
Планеты – гиганты, такие, как Юпитер и Сатурн, имеют огромное количество спутников, и это не предел. Постоянно открывают новые спутники планет Солнечной системы. Вокруг планет – гигантов, Сатурна и Юпитера, вращаются около 63 спутников. В то же время у нашей планеты Земля он всего один. Спутником Земли является Луна. Каждый месяц Луна совершает путешествие вокруг нашей планеты. Половина Луны освещается светом Солнца, другая же половина погружена в темноту. Луна является одним из самых больших спутников планет Солнечной системы и единственным спутником, который был посещён людьми.
Но почему же у Венеры и Меркурия нет спутников? Предполагается, что их спутники сгорели. Эти две планеты находятся ближе всего к Солнцу. Замечено, что чем дальше расположена планета от Солнца, тем больше у неё спутников. Это можно рассмотреть на примере нашей планеты – у Земли один спутник, у Марса их два, у планет – гигантов их значительно больше. Не только у основных, но и у некоторых карликовых планет тоже есть спутники. У планеты Эрис – один спутник Дисномия, у планеты Хаумеа – два спутника: Хииака и Намака. У Плутона есть четыре спутника, причём четвёртый спутник, был открыт недавно, в 2011 году.
Самый маленький спутник - Деймос. Он является спутником Марса. Также маленькой является и луна Юпитера – Леда. Самым большим признали Ганимеда. Ганимед – спутник Юпитера, а второй по размеру является луна Сатурна – Титан. Ганимед состоит из большого слоя льда. Кроме этого Ганимед является ещё достаточно тяжёлым спутником, его масса превышает лунную массу примерно в два раза.
Спутники планет Солнечной системы таят в себе ещё много непознанного. Несмотря на то, что открыты большинство из них, многие до сих пор ждут своего открытия.
Луна В нашу эпоху, эпоху космических открытий, Землю сопровождает множество спутников, но всего один из них создан природой, это Луна. Еще миллионы лет назад древний человек, после заката, любовался бледной поверхностью Луны.
Диаметр верного спутника Земли, равняется лишь четверти диаметра самой голубой планеты и составляет 3474 км. Как следствие, объем Луны составляет приблизительно 2% от земного. Плотность земной мантии 3340 кг/м3, точно такой же плотностью обладает Луна. Спутник Земли, по мнению ученых, имеет очень маленькое железное ядро, либо его нет вообще.  Сила ее гравитации, из-за меньшей массы, меньше в 6 раз, чем  у Земли. Спутник Луна огибает Землю за 27,3 дней.
Благодаря достаточно большой массе и близости к Земле, Луна оказывает непосредственное влияние на процессы, протекающие на нашей планете. Как пример, приливы и отливы на Земле возникают от гравитационного воздействия Луны. Наиболее ярко приливы наблюдаются на побережье океана, достигая высоты в несколько метров. Они существуют и в закрытых водоемах, просто это не так заметно. Своеобразные приливы и отливы существуют даже в земной коре. Во время приливов и отливов на Земле происходит трение между земной корой и мантией, океаном и его дном, что приводит к значительной потере энергии между Луной и Землей. Сила их взаимодействия постоянно снижается  и, как следствие, Луна отдаляется от земли каждый год приблизительно на 4 см.
Спутники марса: Деймос - один из спутников Марса, открытый в ночь c 11 на 12 августа в 1877 году Асафом Холлом, американским астрономом . Имя ему дали в честь древнегреческого бога ужаса Деймоса.
Период обращения вокруг Марса 30 ч 17 мин 55 с, и ровно столько же период обращения вокруг  собственной оси, за счёт этого Деймос всегда повёрнут к планете одной стороной. Размеры его составляют 15x12,1x10,4 км. Спутник состоит по большей части изо льда, и горных пород богатых углеродом.
Ученные полагают, что Спутники Деймос и Фобос в прошлом были астероидами, орбиты которых были изменены гравитационным полем Юпитера, из за чего они стали двигаться ближе к Марсу и были им захвачены.
Фобос (от др.-греч. «страх») – один из спутников Марса, открыт в 1877 году в Американской военно-морской обсерватории астрономом Асафом Холлом. Период обращения вокруг Марса 7 ч 39 мин, и ровно столько же период обращения вокруг собственной оси, за счёт этого спутник Фобос постоянно повёрнут к Марсу одной стороной. Размеры его составляют 26,6×22,2×18,6 км.
Спутник состоит по большей части из льда, и горных пород богатых углеродом. Поверхность Фобоса усеяна множеством кратеров. Диаметр самого крупного из них 9 км. Такой кратер мог образоваться от удара, который буквально должен был потрясти Фобос. Этот удар, скорее всего, вызвал появление возле кратера необычных параллельных борозд, длина которых достигает до 30 км, ширина 100-200 метров, а глубина до 20 метров.
В книге Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера» написанной в 1726 году в третьей главе описывается летающий остров Лапута, астрономы которого открыли два спутника Марса. Так же в 1610 году Иоганн Кеплер высказал версию о наличии двух спутников у Марса. Основывался астроном на том, что если у Земли один спутник, а у Юпитера четыре, то количество спутников возрастает в геометрической прогрессии. Согласно этой теории, у Марса должно быть два спутника.
Меркурий,
Венера,
Земля (спутник Луна),
Марс (спутники Фобос и Деймос),
Юпитер (63 спутника),
Сатурн (49 спутника и кольца),
Уран (27 спутника),
Нептун (13 спутников).
11. Метеориты, астероиды, кометы. Особенности этих объектов и влияние на нашу планету
Кометы
Солнечная система включает в свой состав центральную звезду Солнце, восемь планет, около сорока спутников планет, более миллиарда малых планет (астероидов) с размерами, варьирующими от десятков метров до сотен километров, огромного количества комет и метеорных тел.
Краткие сведения о кометах
Что из себя представляют кометы? Эти космические объекты удивительны тем, что их относительно небольшие ядра способны создавать газово-пылевые атмосферы, превосходящие по размерам многие объекты Солнечной системы. Приближаясь к Солнцу комета начинает светиться отраженным светом и тогда она предстает во всем свое великолепии.
Слово «Комета» имеет греческое происхождение и в переводе означает «волосатый». Древним грекам видимая на небе яркая «хвостатая» комета представлялась головой с распущенными волосами.
За всю историю человеческой цивилизации наблюдалось около 2000 появлений комет. Но почти половина из них вращается по не определенным орбитам.
Вероятная судьба комет
Каждый раз, когда комета посещает окрестности Солнца, она теряет часть своих летучих компонентов в следствии испарения. В конце концов, она становится просто еще одной скалистой массой в Солнечной системе. По этой причине, кометы, как правило, существуют недолго по космическим масштабам времени. Многие ученые считают, что некоторые астероиды являются остатками ядер комет, которые потеряли все летучие компоненты (воду, газы).
Астероиды
Астероиды — скалистые и металлические космические тела, вращающиеся вокруг Солнца, но слишком малы, чтобы считаться планетами. Они известны как малые планеты. Размер астероидов находится в очень широком диапазоне: огромные, такие как Церера, которая имеет диаметр около 1000 км, и совсем небольшие, вплоть до размера камней. Шестнадцать астероидов имеют диаметр 240 км и более.
Большинство астероидов находится в главном поясе астероидов, который существует между орбитами Марса и Юпитера. Некоторые имеют орбиты, которые пересекаются с орбитой Земли, что приводило к падениям астероидов на Землю в далеком прошлом. Земля не застрахована от падения крупного астероида и в настоящее время. Один из наиболее хорошо сохранившихся следов падения астероидов – Аризонский кратер, диаметром около 1600 м.
Метеориты
Метеориты представляют собой природные объекты, которые имеют астероидное или кометное происхождение. Когда астероид или комета входит в плотные слои атмосферы, они нагреваются в результате силы трения и сгорают, не успевая долететь к поверхности Земли.  Однако в случае, когда размеры метеорита превышают 50 м, он не успевает сгореть полностью, и остатки его врезаются в Землю. Эти обугленные остатки и есть метеориты. Яркие полосы, которые они оставляют при движении сквозь атмосферу Земли, известны как метеоры. Термин метеорит также используется для метеороида, который приземлился на поверхность любого небесного тела, кроме Земли. Подробнее о метеорах и метеороидах читайте здесь.
Кроме того кометы, метеориты, которые бомбардировали молодую планету Земля, возможно, были первоисточником органических молекул, ставшими в последствии строительными блоками зарождающейся жизни на планете.
12.Общие сведения о планете Земля. Строение, основные параметры. Гипотезы формирования
Наша планета – Земля – движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,017), радиус которой – 149,6 млн. км – принят за 1 астрономическую единицу. Период обращения по орбите составляет 365,256 земных суток или 1 год. Средняя скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Период вращения вокруг оси – звездные сутки – 23ч56м4,099с. Наклон земного экватора к орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года. Масса Земли равна М = 5,974•1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3. Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км). Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением. Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше. Земная поверхность очень молода. В относительно короткий (по астрономическим стандартам) период в 500 миллионов лет эрозия и тектонические процессы разрушили и создали заново большую часть поверхности Земли, уничтожив тем самым почти все следы ранней геологической поверхности (типа кратеров, появившихся в результате столкновений). Возраст Земли - от 4.5 до 4.6 миллиардов лет, а возраст самых старых известных камней - приблизительно 4 миллиарда лет. Самые старые окаменелости живых организмов имеют возраст меньше чем 3.9 миллиардов лет. На 71% Земная поверхность покрыта водой. Земля - единственная планета, на которой вода может существовать в жидком виде на поверхности. Жидкая вода, как мы знаем, необходима для жизни. Способность океанов сохранять тепло также очень важна в поддержании относительно устойчивой температуры Земли. Жидкая вода также ответственна за эрозию и выветривание континентов Земли - процесс, уникальный в солнечной системе сегодня. Атмосферу Земли составляет азот - на 77 %, кислород - 21 % со следами аргона, двуокиси углерода и воды. Когда Земля только формировалась, в ее атмосфере, возможно, было очень большое количество двуокиси углерода, но к нынешнему времени большая его часть уже входит в состав карбонатных горных пород, немного меньший его объем содержится в растворенном виде в океанах и остальная часть использовалась и используется растениями для жизни. Очень малое количество присутствующей сейчас в атмосфере двуокиси углерода чрезвычайно важно для поддержания поверхностной температуры Земли через парниковый эффект. Парниковый эффект поднимает среднюю поверхностную температуру приблизительно на 35° C выше той температуры, которая была бы без него; океаны были бы заморожены и жизнь была бы невозможна. Присутствие свободного кислорода совершенно замечательно с химической точки зрения. Кислород в атмосфере Земли производится и поддерживается биологическими процессами. Без жизни не было бы в атмосфере и свободного кислорода. Взаимодействие Земли и Луны замедляет вращение Земли примерно на 2 миллисекунды в столетие. Исследования показывают, что 900 миллионов лет назад год состоял из 481 18-часового дня. У Земли умеренное магнитное поле, производимое электрическими токами в ядре. Взаимодействие солнечного ветра, магнитного поля Земли и верхних слоев атмосферы Земли вызывает полярные сияния. Нарушения в этих явлениях заставляют магнитные полюса перемещаться относительно поверхности Земли; северный магнитный полюс в настоящее время находится в северной Канаде. У Земли только один естественный спутник – Луна.По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и растянутому в экваториальной зоне. Средний радиус Земли 6371,032 км, полярный - 6356,777 км, экваториальный - 6378,160 км. Масса Земли 5,976·1024 кг, средняя плотность 5518 кг/м3.Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167); среднее расстояние от Солнца 149,6 млн. км, период одного обращения по орбите 365,24 солнечных суток. Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115·10-5 рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе — около 465 м/с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33' 22''. Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обусловливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение - смену дня и ночи. Вращение Земли из-за приливных воздействий неуклонно (хотя и очень медленно - на 0,0015 с за столетие) замедляется. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток.Положение географических полюсов меняется с периодом 434 суток с амплитудой 0,36''. Кроме того, имеются и небольшие сезонные их перемещения.Площадь поверхности Земли 510,2 млн. км2, из которых примерно 70,8% приходится на Мировой океан. Его средняя глубина около 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) равна 11,022 км; объем воды 1370 млн. км3, средняя соленость 35 г/л. Суша составляет соответственно 29,2% и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем моря в среднем на 875 м; наибольшая высота (вершина Джомолунгма в Гималаях) 8848 м. Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши, саванны и редколесья - около 20%, леса - около 30%, ледники - свыше 10%. Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями.По современным космогоническим представлениям Земля образовалась примерно 4,6-4,7 млрд. лет назад из захваченного притяжением Солнца протопланетного облака. На образование первых, наиболее древних из изученных горных пород потребовалось 100-200 млн. лет. Примерно 3,5 млрд. лет назад возникли условия, благоприятные для возникновения жизни. Homo sapiens («Человек разумный») как вид появился примерно полмиллиона лет назад, а формирование современного типа человека относят ко времени отступления первого ледника, то есть около 40 тыс. лет назад.У Земли имеется единственный спутник - Луна. Ее орбита близка к окружности с радиусом около 384400 км.
Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее толще упругих волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при сейсмических событиях - при естественных землетрясениях и в результате взрывов. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой - кора - имеет среднюю толщину порядка 35 км. Основные типы земной коры - континентальный (материковый) и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного типа. Толщина коры меняется в довольно широких пределах: океаническая кора (с учетом слоя воды) имеет толщину порядка 10 км, тогда как толщина материковой коры в десятки раз больше.
Поверхностные отложения занимают слой толщиной около 2 км. Под ними находится гранитный слой (на континентах его толщина 20 км), а ниже - примерно 14-километровый (и на континентах, и в океанах) базальтовый слой (нижняя кора). Средние плотности составляют: 2,6 г/см3 - у поверхности Земли, 2,67 г/см3 - у гранита, 2,85 г/см3 - у базальта.На глубину примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли, которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровича, или «Мохо»), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7 г/см3.В коре и мантии располагаются обширные литосферные плиты. Их вековые перемещения не только определяют дрейф континентов, заметно влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению сейсмических зон на планете.Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гуттенберга) - между мантией и внешним ядром - располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni).В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли, имеются и радиоактивные. Их распад, а также гравитационная дифференциация приводят к выделению тепла. Температура в центральной части Земли порядка 5000 °С. Максимальная температура на поверхности приближается к 60°С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), а минимальная составляет около - 90°С (в центральных районах Антарктиды).Земля окружена атмосферой, нижний ее слой (тропосфера) простирается в среднем до высоты в 14 км; происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. Слой от 14 до 50-55 км называют стратосферой; здесь температура возрастает с увеличением высоты. Еще выше (примерно до 80-85 км) находится мезосфера, над которой наблюдаются (обычно на высоте около 85 км) серебристые облака. Для биологических процессов на Земле огромное значение имеет озоносфера - слой озона, находящийся на высоте от 12 до 50 км. Область выше 50-80 км называют ионосферой. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Если бы не озоновый слой, потоки излучения доходили бы до поверхности Земли, производя разрушения в имеющихся там живых организмах. Наконец, на расстояниях более 1000 км газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса
Формирование планеты Земля... Планеты рождаются точно также как и звезды только масштабы другие. Образование звезды описано в предыдущей теме (Вселенная). В начале солнце имело свечение красное, оно не могло обогревать солнечную систему, а добавить сюда пыль в солнечной системе. Ито малое тепло, которое выделяло солнце, оно не могло достичь ни одной планеты. Температура на всех планетах солнечной системы была минусовая. Это можно судить по метану, который находится на дне океанов и морей. Для того, что бы метан осел на дно океанов, он должен превратиться в жидкое или кристаллическое состояние. А для этого необходима минусовая температура, Изначально на Земле была вода в кристаллическом состоянии и метан в том числе. Могут возразить, что метан на Земле происходит из органики, но тогда при разложении органики он превратился бы в газ и ушел бы в атмосферу. И потом откуда на других планетах и спутниках метан, ведь там органики нет. Значит, он существовал с начала образования Солнечной системы. Кора Земли была изначально, она никогда не была в расплавленном состоянии, лавы вырывались на поверхность Земли, это приводило к образованию тех или иных пород, этот вопрос мы рассмотрим ниже. После того как родилось Солнце, а этот процесс описан в предыдущей теме, Взрывом Солнце очистило свою орбиту и орбиты планет, тяжелые частицы попали в астероидный пояс, а более легкие, в том числе и лед попали в пояс Оорты. В Солнечной системе появился свет и тепло, начался разогрев планет и спутников, В начале температура на Солнце была на порядок выше сегодняшней, На ближних планетах к Солнцу началось быстрое таяние льдов. Часть метана азот и гелий ушли в атмосферу. А большая часть метана осела на дно океана. Поскольку взрывом смело всю атмосферу, начала рождаться новая атмосфера, Земля была покрыта сплошным океаном, вода испарялась и образовывала первые тучи. В это время под водой происходили извержения, рождался первый материк. Извержениями выбрасывалось в воду и атмосферу всю таблицу. Менделеева, это был бурлящий котел, а не океан. Оставим на время атмосферу и воду Земли, и посмотрим, что твориться в недрах Земли. Никогда не задавали себе вопрос, почему залегают так полезные ископаемые. Породообразованием в середине планеты занимается электромагнитное поле. В породообразующей толще происходили слияния атомов, а разные атомы реагируют на свою частоту электромагнитного поля. Породообразующая зона находится под корой Земли, а скапливаясь в локальных зонах электромагнитного поля, при извержениях их выносило лавой на поверхность коры. Так образовывались полезные ископаемые, олова, золота и т. д. Потихоньку рос материк, а что подымалось в атмосферу, выпадало с дождем, и образовывали осадочные породы. Так появился первый на Земле материк. Вначале Земля и другие планеты, по экватору были вытянуты, из за быстрого вращения вокруг своей оси. Но в результате того, как рос материк, в середине планеты топлива стало меньше. Давление упало, ядро стало расширяться, плотность ядра уменьшилась, а размер самой планеты вырос. Еще рассмотрим, как образовался природный магнит, и что образовало его. От первого слоя топлива и до коры Земли возвышаются горы они не обычной формы. По форме напоминают обкатанные речные валуны только огромных размеров. Вокруг этих гор движется Отрицательная Материя, она и формирует этот природный магнит. Изначально горы возвышались до самой коры Земли, по мере увеличения толщи коры, верхушки гор остались в ее толще. Но с увеличением толщи коры, лаве все сложней вырваться на поверхность. Наступил такой момент, когда под корой планеты, накопилось огромное количество энергии. Произошел взрыв, который расколол планету на несколько плит, этот взрыв оторвал верхушки этих гор. Так появился на поверхности Земли природный магнит. Отрицательная Материя играет огромную роль во всем, что происходит на земле и не только. Такие процессы как приливы и отливы, происходят, благодаря ядру планеты, которое состоит из Отрицательной Материи. Ядро планеты вращается в противоположную сторону от вращения Земли, а поскольку оно отрицательное, а вода состоит из положительных атомов. То происходит торможение атомов воды, поскольку они очень подвижны, вода подымается, накапливается это и будет отлив. Когда масса воды превысит силу ядра, произойдет сброс воды, это и будет прилив. Такой же прилив и отлив происходит под корой Земли, подвижная масса под корой также тормозится. И происходит накопление этой массы, поскольку ядра атомов будут также тормозиться. Они создают давление на кору Земли, и на пике поднятия массы воды, и давление на кору Земли, повысится сейсмичность этой зоны, При сбросе воды (отлив) произойдет стабилизация сейсмичности. Приливы и отливы под корой придают пластичность и подвижность плитам. Приливы и отливы на поверхности давят на платформы, благодаря этому движутся. Под корой Земли, плиты которые выступают, получают удар от колебания, на поверхности будет происходить сейсмичнная активность. В разломах коры скапливается много газа, и под плитами, поскольку поверхность там не ровная. Когда наступает критическое давление под корой, приливы являются катализатором выброса газа и лавы на поверхность. Эти газовые подушки под платформой, выполняют роль амортизаторов. Без газовых подушек, землетрясения будут жесткими и разрушительней. Когда в тихую волну появляется не откуда, большая волна, это тоже действие Отрицательной Материи. Такой выброс происходит постоянно, в разных точках Земли он приводит к разным бедствиям. В начале формирования материка, приливные волны были огромные, современные цунами это детская забава в сравнении с древними приливами. Приливы и отливы есть и на Солнце, они вызывают на поверхности огромные колебания. Поскольку на Солнце нет материков, которые гасили приливы и отливы, они переходят в огромные колебание. Это похоже на дыхание звезды. Разлом коры Земли на плиты, привело к балансу на планете, выбрасывая на поверхность свое топливо. Плиты, надвигаясь друг на друга, обламываются, и таким образом компенсируют потерю топлива. Сейчас на Земле наступил идеальный баланс между этими процессами. Примитивная жизнь на Земле могла появиться, еще пять миллиардов лет назад, потому что вода в жидком состоянии уже тогда была на Земле. Если хотите представить себе, какая была Земля в самом начале своего рождения. Посмотрите снимки спутника Европа, это копия Земли до рождения Солнца
13.Геомагнитное поле нашей планеты и роль ядра в его образования
Мы знаем о магнитном поле Земли (геомагнитном поле), что оно ориентирует стрелку компаса в направлении север-юг, благодаря ему совершены великие физические открытия, до сих пор геомагнитное поле используется для воздушной, водной, подводной и космической навигации.
Однако далеко не все знают, что геомагнитное поле оказывает очень глубокое влияние на геофизические, биофизические и экологические процессы на Земле. Оно сыграло выдающуюся роль в эволюции Земли, в происхождении и защите жизни на Земле.
Поэтому ниже будет рассказано об основных свойствах геомагнитного поля и о его влиянии на эволюцию нашей планеты.
Напряжённость геомагнитного поля невелика, на поверхности Земли она изменяется от 0.3 эрстед на магнитном экваторе до 0.6 эрстед на магнитных полюсах, которые, не совпадают с соответствующими географическими полюсами. Отклонение магнитных полюсов от географических в настоящее время достигает 2000-3000 км. Геомагнитное поле пронизывает все три оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу, воздействует на живую и неживую природу, на все четыре царства природы: растительное, животное, минеральное и, конечно, человеческое. Магнитное поле Земли также оказывает существенное влияние на климат и погоду. Изменения его интенсивности могут привести к значительным колебаниям в температуре, в атмосферном давлении и в частоте выпадения осадков, а также к бурям, ураганам и другим стихийным бедствиям.
Геомагнитное поле намагничивает все минералы и горные породы. Магнитную память о древнем геомагнитном поле сохраняют входящие в состав всех горных пород ферримагнитные минералы. Их естественная остаточная намагниченность появляется во время их образования и сохраняется полностью или частично до нашего времени. Оно также намагничивает почвы, оказывая заметное влияние на плодородие последних. Проведённые эксперименты показали, что подмагничивание почв в более сильных, чем земное, полях может ускорить рост растений. Этот любопытный факт прямой связи подмагничивания почв с их плодородием может иметь важное прикладное значение для сельского хозяйства.
Геомагнитное поле состоит из главного геомагнитного поля, источники которого находятся во внешнем электропроводящем ядре Земли, аномального, создаваемого намагниченными горными породами, и внешнего геомагнитных полей. Вклад главного геомагнитного поля составляет более 95%. В соответствии с общей теорией геомагнетизма Гаусса главное геомагнитное поле состоит из дипольной и недипольной частей. В первом приближении теории геомагнитное поле является полем диполя, наклоненного к оси вращения Земли на угол 10-12 градусов. Аномальное поле составляет около 3% геомагнитного поля, а внешнее, связанное с солнечно-земными взаимодействиями, – менее 1%. Измерения магнитного поля Земли выполняются на магнитных обсерваториях, магнитные съемки бывают сухопутными, водными, воздушными и спутниковыми.
Силовые линии и напряжённость геомагнитного поля находятся в непрерывном изменении. Изменения (вариации) геомагнитного поля имеют периоды как в сотни и тысячи лет, так и от нескольких месяцев, до долей секунд. Кроме того, имеется тенденция смещения силовых линий геомагнитного поля на запад со скоростью 0.2 градуса в год (так называемый западный дрейф). Длиннопериодные вариации с периодом от 60 до 1800 и более лет называются «вековыми», короткопериодные (с периодом меньше одного года) очень различны как по своим периодам, так и по своей природе. Источники вековых вариаций, по современным представлениям, находятся в ядре Земли, источники короткопериодных – в верхних слоях атмосферы, в ионосфере и магнитосфере. Интенсивность короткопериодных вариаций зависит от активности солнечно-земных взаимодействий.
На Земной поверхности существуют так называемые магнитные аномалии, напряженность которых существенно превышает среднее аномальное геомагнитное поле. Магнитные аномалии во многих случаях связаны с залежами полезных ископаемых. Таким образом, непосредственные измерения геомагнитного поля прямо связаны с поиском полезных ископаемых (включая алмазы) как на суше, так и на дне мирового океана.
Согласно современным представлениям, геомагнитное поле образовалось приблизительно через 1 миллиард лет после образования самой планеты Земля, возраст которой составляет около 4,5 миллиарда лет. В результате дифференциации вещества Земли возникла различные по физическим свойствам оболочки. В результате Земля состоит из земной коры, мантии, внешнего жидкого электропроводящего металлического ядра и внутреннего твёрдого ядра. Геомагнитное поле оказало влияние на эволюцию и свойства тела Земли, биосферу и человека. В последнее время было убедительно доказано, что у различных организмов – от бактерий до позвоночных – выявляются поведенческие реакции на изменения геомагнитного поля. Это свидетельствует о том, что геомагнитное поле воспринимается этими организмами и является существенным компонентом их среды обитания. Всё это в полной мере относится и к человеку. Ведь нам известно, как люди реагируют на изменения магнитной активности, многие люди очень чувствительны к магнитным бурям. Поэтому магнитное поле Земли имеет огромное экологическое значение. Более того, оно делает возможной саму жизнь на Земле.
Последнее связано с тем, что геомагнитное поле образует магнитосферу Земли, которая является природным барьером на пути солнечного ветра и космического излучения к поверхности Земли. Радиационные зоны магнитосферы захватывают и удерживают частицы высоких энергий солнечного и космического излучений за пределами атмосферы Земли. Магнитосфера простирается на расстояние порядка десяти земных радиусов (радиус Земли составляет 6371 км) в направлении Солнца и на расстояние порядка 1000 земных радиусов в противоложном направлении. Солнечный ветер представляет собой постоянный поток плазмы, состоящей из высокоэнергетических протонов, электронов, и небольшого количества ядер гелия, ионов кислорода, кремния, серы, железа и др., которые ежедневно с огромной скоростью приближаются к нашей планете. Скорости этих частиц у орбиты Земли достигают 350 и даже 700 километров в секунду, что в тысячи раз больше скорости звуковых волн в сухом воздухе.
Итак, именно геомагнитное поле является одним из обязательных условий существования и развития жизни на Земле, потому что, как уже было сказано выше, оно, наравне с атмосферой, защищает Землю от пагубного разрушительного воздействия солнечного ветра и космических лучей. Более того, жизнь на Земле могла возникнуть только после дифференциации вещества Земли, возникновения ядра и, соответственно, геомагнитного поля. До появления геомагнитного поля поверхность Земли подвергалась непрерывному воздействию «стерилизующей» космической радиации, которая препятствовала началу биогенеза.
После возникновения жизни она миллиарды лет развивалась в присутствии различных геомагнитных явлений: магнитных вариаций и пульсаций разных периодов, магнитных бурь, полярных сияний. Ко всем этим магнитным эффектам живые организмы приспосабливались и эволюционировали таким образом, чтобы использовать их для улучшения своего существования.
Вспышки на солнце вызывают изменения интенсивности солнечного ветра, что в свою очередь является основной причиной возмущения геомагнитного поля и магнитосферы. А эти возмущения являются источником наиболее интенсивных геомагнитных сигналов на Земле – магнитных бурь и суббурь. Суббурей называется магнитная буря, имеющая локальный географический характер и меньший в сравнении с магнитной бурей «размах». Всем известно, что магнитные бури вызывают у многих людей плохое самочувствие, связанное с повышением или понижением давления, и другие побочные эффекты. Учёные установили, что в состав человеческой крови и лимфы входят ионы железа, а, как известно, железо обладает магнитным моментом и способностью намагничиваться в магнитном поле. Может быть именно поэтому человек так чувствителен к любому, даже самому незначительному изменению интенсивности геомагнитного поля.
Любопытно отметить ещё один факт. При использовании биомагнитных изображений учёным удалось показать, что частота «мозговых» волн человека охватывает диапазон геомагнитных микропульсаций и осцилляций геомагнитных бурь. Конечно, магнитное поле Земли более интенсивно, чем волны мозга, но вопрос о возможной реакции мозга на стимуляцию внешним магнитным полем остаётся открытым. Есть ещё много загадок, связанных с геомагнитным полем. Некоторые исследования показали, что навигация птиц, пчел и других представителей фауны тесно связана с направлением геомагнитного поля.
Следует обратить особое внимание на то, что прямые измерения геомагнитного поля в магнитных обсерваториях проводятся только на протяжении последних 400 лет. Полученных данных явно недостаточно для изучения вековых вариаций с периодами 600, 900, 1800 и более лет, а тем более для познания эволюции геомагнитного поля, которое существует не менее четырёх миллиардов лет. В связи с этим в середине 50-ых годов ХХ века был разработан так называемый палеомагнитный метод исследования древнего геомагнитного поля. Палеомагнитный метод основан на так называемой магнитной памяти горных пород: способности «запоминать» величину и направление древнего геомагнитного поля, в котором намагничивалась горная порода во время своего образования. Палеомагнитные данные получаются при «считывании» магнитной информации, которую несёт горная порода и датирования горной породы радиоактивными методами, позволяющее примерно определить возраст исследуемой породы (эпоху её образования). При изучении большого числа разновозрастных горных пород и обобщении полученной таким образом палеомагнитной информации была создана так называемая магнито-хронологическая шкала инверсий, указывающая нам, в какие геологические эпохи направление древнего геомагнитного поля совпадало с современным, а когда оно было ему прямо противоположно.
Палеомагнитные исследования показали, что изменяется не только интенсивность геомагнитного поля, но и знак. То есть, регулярно происходят инверсии (переполюсовки) магнитного поля Земли, при которых северный и южный магнитный полюса меняются местами. За последние 600 миллионов лет геологической истории инверсий насчитывается более тысячи.
Инверсии магнитных полюсов не являются отличительной особенностью нашей планеты. На Солнце смены полярности магнитного поля происходят регулярно, каждые 11 лет. Это является доказанным фактом в физике космоса. Инверсии магнитного поля Земли в среднем происходят с периодом около 1 миллион лет, а продолжительность инверсии составляет в среднем 5000 лет.
Описанные выше палеомагнитные исследования привели также к созданию так называемой концепции тектоники литосферных плит, согласно которой восстановленное по палеомагнитным данным (наблюдаемое) движение магнитных полюсов Земли трактуется как движение в противоположную сторону соответствующих блоков земной коры (континентов, литосферных плит и т.п.) при неподвижных магнитных и географических полюсах. Согласно концепции вся литосфера Земли состоит из 10-12 крупных плит, которые перемещаются относительно друг друга со скоростью от одного до десяти сантиметров в год. При масштабном раздвижении литосферных плит возникают океаны, при сжатии – горные массивы. Концепция объясняет современную структуру материков как следствие раскола древнего праматерика Пангеи и раздвижения его отдельных частей под действием силы вращения Земли. При раздвижении обломков Пангеи (современных материков) между ними образовались Атлантический, Индийский и др. океаны.
Кстати, учёные обнаружили интереснейший факт: на континентах слои с прямо и обратно намагниченными горными породами[1] чередуются вглубь по вертикали, а на океанском дне такое чередование происходит по горизонтали, по обе стороны от срединных океанских хребтов. То есть если по одну сторону от океанского хребта есть обратнонамагниченный слой горных пород, то по другую сторону океанского хребта есть такой же «слой-близнец», расположенный симметрично относительно хребта. Аналогично для прямонамагниченных слоёв. Это было установлено при исследовании аномального геомагнитного поля океана в окрестности подводных срединных океанских хребтов. Измерения показали, что по обе стороны подводного хребта наблюдаются симметричные системы положительных и отрицательных геомагнитных аномалий, источниками которых и являются прямо и обратно намагниченные слои подводных пород. Такую магнитную структуру дна мирового океана в рамках тектоники плит можно объяснить, связав образование в центрах срединных хребтов новых горных пород в результате магмоизвержений и их движение в стороны от хребтов с инверсиями геомагнитного поля. То есть, на осях подводных срединно-океанских хребтов в результате магмоизвержений происходит образование новой океанской коры, которая симметрично растекается в стороны. Эта кора намагничивается в действующем в эпоху её образования геомагнитном поле. Если после этого происходит инверсия геомагнитного поля, то следующий, образованный в результате нового магмоизвержения, слой океанской коры будет намагничен противоположно предыдущему. Отсюда такая интересная магнитная структура дна мирового океана, которая может образоваться, если наряду с инверсией геомагнитного поля происходит и расширение (спрединг) дна мирового океана.
Однако, следует отметить, что с точки зрения геомагнетизма концепцию тектоники литосферных плит нельзя считать окончательно научно обоснованной, так как все расчеты движения плит выполнялись при предположении, что магнитные полюса Земли неподвижны и совпадают с географическими. Однако, в настоящее время северный магнитный полюс смещен на 2000 км от географического, а южный магнитный – на 3000 км от южного географического. Кроме того, измерения показывают, что силовые линии магнитного поля непрерывно перемещаются по поверхности Земли, при этом изменяются и напряженность геомагнитного поля и положения магнитных полюсов.
Во время инверсий геомагнитного поля, продолжительность которых составляет тысячи лет, напряжённость магнитного поля близка к нулю. Как было сказано выше, в отсутствие геомагнитного поля деструктивные высокоэнергетические частицы солнечного ветра смогут достигнуть поверхности Земли и уничтожить всё живое. Конечно, в отсутствие магнитного поля частицы солнечного и космического излучений могут частично тормозиться в верхних слоях атмосферы и, при достижении поверхности Земли, частично терять свои разрушающие свойства. Но, тем не менее, магнитный барьер в верхней атмосфере отсутствует.
Инверсии геомагнитного поля, в процессе протекания которых могут произойти непредсказуемые изменения в живой и неживой природе на поверхности Земли, являются своеобразными революциями и могут оказывать огромное влияние на ход эволюции Земли. Значит ли это, что во время следующей инверсии геомагнитного поля на Земле исчезнет вся биосфера и прекратится всякая жизнь?...
Здесь следует упомянуть, что за время прямых измерений геомагнитного поля (последние 400 лет) ни одной инверсии мы пока не наблюдали. Все инверсии были восстановлены по косвенным признакам: измерениям магнитного сигнала древних горных пород. При этом предполагается, что этот магнитный сигнал остаётся неизменным в течение тысяч и миллионов лет со времени формирования и намагничивания горной породы в древнем геомагнитном поле и что он несёт нам информацию о величине и направлении древнего геомагнитного поля соответствующей геологической эпохи. Эти предположения не всегда выполняются. Помимо прочего в некоторых случаях благодаря своим физико-химическим свойствам горная порода намагничивается в направлении, обратном направлению намагничивающего поля, то есть прямо противоположно приложенному полю. Это необычное, но, тем не менее, реально встречающееся явление получило название самообращения намагниченности. В связи с существованием феномена самообращения, палеомагнитные данные, несущие информацию об обратнонамагниченных горных породах и трактующиеся как инверсии геомагнитного поля, требует более тщательной проверки.
Геомагнитное поле «пронизывает» все сферы жизни человека. Стоит ли говорить, что вся современная морская и воздушная навигация осуществляется при использовании компаса, который, как известно, всегда ориентируется по направлению юг-север. Конечно, помимо компаса при навигации используются и геодезические измерения. А вот подводные лодки при движении ориентируются только на направление геомагнитного поля. Измерения геомагнитного поля также широко используются в сейсмологии в качестве предвестников землетрясений.
14 Общие представления о ядре нашей планеты. Гравитационная дифференциация вещества планеты в ходе ее формирования.
Ядро́ Земли́ — центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания — 2900 км. Средний радиус сферы — 3,5 тыс. км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра Земли достигает 5000 С, плотность около 12,5 т/м³, давление до 361 ГПа (3,7 млн атм). Масса ядра — 1,932·1024 кг.
Известно о ядре очень мало — вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами. Образцы вещества ядра недоступны.
Состав ядра непосредственно неизвестен, и может быть предположительно оценён из нескольких источников. Во-первых, видимо, наиболее близкими веществу ядра образцами являются железные метеориты, которые, представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах.
С другой стороны, из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 10 % меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.
Наконец, состав ядра можно оценить, исходя из геохимических соображений. Если каким-либо образом рассчитать первичный состав Земли и вычислить, какая доля элементов находится в других геосферах, то тем самым можно построить оценки состава ядра. Большую помощь в таких вычислениях оказывают высокотемпературные и высокобарические эксперименты по распределению элементов между расплавленным железом и силикатными фазами.
О.Г. Сорохтин предложил гипотезу о составе внешнего ядра из так называемого "ядерного вещества", не существующего при нормальных условиях. "Ядерное вещество" представляет собой оксид одновалентного железа Fe2O. При давлении 250-300 ГПа "ядерное вещество" разлагается на железо и кислород, поэтому внутреннее ядро, давление в котором превышает упомянутое значение, состоит из железа с примесью никеля. По мнению Сорохтина, со временем оксиды железа из мантии Земли под действием силы тяжести опускаются в ядро, превращаясь в "ядерное вещество". При этом выделяется кислород, причём по мере уменьшения количества оксидов железа в мантии его выделяется всё больше. Часть этого кислорода поступает в атмосферу. До начала фанерозоя кислорода образовывалось крайне мало, затем увеличение его концентрации в атмосфере вызвало резкий всплеск развития жизни на Земле ("кембрийский взрыв"). Но именно ещё большее увеличение парциального давления кислорода в атмосфере Земли через 500-600 миллионов лет (до значения порядка 0,5 МПа) вызовет глобальное потепление и вымирание всех живых организмов, а затем и полное выкипание океана задолго до превращения Солнца в красный гигант.
Гравитационная дифференциация
Рассказ о происхождении Земли и Солнечной системы нам придется начать издалека. В 1687 г. И. Ньютон вывел закон всемирного тяготения - "каждое тело во Вселенной притягивает остальные с силой, прямо пропорциональной произведению их масс, и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними". Теоретически закон всемирного тяготения позволяет рассчитать движения любого тела во вселенной под влиянием тяготения других тел. Но - увы! - только теоретически: уравнения, необходимые для описания движения всего трех изолированных тел под влиянием тяготения друг друга столь сложны, что их решение не удавалось получить почти три столетия, до 60-х годов нашего века. Понятно, что о полном решении для такой системы тел, как Солнечная система, и говорить не приходится. Что же до приближенных расчетов (которыми занимались многие выдающиеся математики и астрономы - Ж. Лагранж, П. Лаплас и другие), то они показывают, что возмущения в орбитах планет носят периодический характер: параметры орбиты меняются в одном направлении, затем в противоположном, и так до бесконечности. Итак, в самой по себе определяемой тяготением структуре Солнечной системы вроде бы нет ничего, что мешало бы ей существовать вечно; недаром сам Ньютон вопрос о происхождении Солнечной системы вообще не ставил.
Давайте, однако, задумаемся: если бы причиной движения планет было одно лишь тяготение - что с ними произошло бы? Правильно - они "упали" бы на Солнце. Планеты, тем не менее, благополучно двигаются себе по своим орбитам перпендикулярно действующей на них силе тяжести и при этом еще вращаются вокруг собственной оси. Это движение не могло возникнуть - и не возникло! - под влиянием тяготения Солнца; откуда же оно взялось?
Дело в том, что всякое вращающееся тело обладает определенным качеством, которое называется "моментом количества движения" (МКД). Величина МКД зависит от трех параметров: массы тела, его круговой скорости и расстояния до центра вращения. К XVIII веку было установлено, что МКД не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а может лишь передаваться от тела к телу. Это - закон сохранения момента количества движения, принадлежащий к ряду законов сохранения (таких, как законы сохранения вещества, энергии и пр.). А коли так, то любая теория возникновения Вселенной (или Солнечной системы) как минимум не должна ему противоречить.
Итак, все тела, составляющие Солнечную систему, обладают собственным МКД; создать МКД невозможно - откуда же он взялся? Возможен следующий выход из этого тупика. Дело в том, что МКД могут различаться в зависимости от направления вращения: по и против часовой стрелки - положительный и отрицательный МКД. Если телу (или системе тел) сообщить два МКД - равной величины, но разного знака - то оба момента взаимно уничтожатся, и возникнет система, лишенная МКД. Но в таком случае верно и обратное: система, изначально не обладавшая МКД, может разделиться на две: одну с положительным, другую - с равным ему отрицательным МКД. Таким образом, МКД как бы появляется и исчезает без нарушения закона сохранения. Исходя из этого, можно предположить, что Вселенная вначале не обладала МКД, но затем одни ее части получили положительный момент, а другие - одновременно - отрицательный.
Так вот, если посмотреть на Солнечную систему "с высоты" - из некой точки над Северным полюсом Земли (и, соответственно, над плоскостью ее орбиты), то окажется, что Земля, Солнце и большинство иных тел вращаются вокруг своей оси против часовой стрелки; планеты вокруг Солнца и спутники вокруг планет - тоже. То есть - положительные и отрицательные МКД всех тел, составляющих Солнечную систему, отнюдь не уравновешиваются между собой; суммарный МКД этой системы очень велик, и необходимо выяснить его происхождение.
В 1796 году П.Лаплас сформулировал небулярную теорию, согласно которой последовательность событий при образовании Солнечной системы такова. Имеется первичное газо-пылевое облако (туманность - по латыни "небула"), возникшее в результате концентрации рассеянного межзвездного вещества под действием взаимного притяжения его частиц (просто в соответствии с законом всемирного тяготения). Небула не является идеальным шаром , и ее края - просто по теории вероятности - находятся на неодинаковом расстоянии от ближайшей небулы (или звезды), а потому притягиваются той с неодинаковой силой (которая, как мы помним, обратно пропорциональна квадрату расстояния). Этой неравновесности достаточно для того, чтобы наша небула получила первичный толчок, который и придаст ей вращательное движение, пусть и чрезвычайно слабое.
Как только небула начинает поворачиваться вокруг своей оси, в ней возникает сила тяжести (как в космическом корабле, который специально "раскручивают" для противодействия невесомости). Под воздействием силы тяжести небула должна начать сжиматься - т.е. ее радиус уменьшается. А мы с вами помним, что МКД (который есть величина постоянная) зависит от трех параметров: массы тела, радиуса и скорости его вращения; масса - тоже величина неизменная, поэтому уменьшение радиуса может быть компенсировано только увеличением скорости вращения. В результате огромный газовый шар будет вращаться все быстрее и быстрее, работая как центрифуга: под действием центробежной силы его экватор вспухает, придавая шару форму все более сплющенного эллипсоида. Затем наступает момент, когда все возрастающая центробежная сила на экваторе уравновешивает силу притяжения, и от него (экватора) начинает отслаиваться кольцо, а затем, по мере дальнейшего сжатия небулы, еще и еще. Вещество этих вращающихся колец начинает под действием взаимного притяжения его частиц конденсироваться в планеты, от которых, в свою очередь, отрываются их спутники.
Теория Лапласа, согласно которой Земля была изначально холодной, сохраняла популярность на протяжении почти столетия, хотя ей и противоречили некоторые астрономические данные (например - вращение Венеры и Урана в сторону, обратную всем остальным планетам и Солнцу). Однако ближе к концу XIX века, когда было твердо установлено, что температура в недрах нашей планеты чрезвычайно высока (по современным данным - свыше тысячи градусов), большинство ученых стало разделять мнение об изначально горячей Земле - огненном шаре, постепенно остывающем с поверхности. Поиски источника этого раскаленного вещества вполне естественно было начать с Солнца. В начале нашего века астрономы Т. Чемберлен и Ф. Мультон выдвинули, а Дж. Джинс математически обосновал планетезимальную теорию происхождения планет Солнечной системы. Суть ее состоит в том, что некогда поблизости от Солнца ("поблизости" - это по космическом масштабам) прошла другая звезда. При этом взаимное притяжение вырвало из каждой из них по гигантскому протуберанцу звездного вещества, которые, соединившись, составили "межзвездный мост", распавшийся затем на отдельные "капли" - планетезимали. Остывающие планетезимали и дали начало планетам и их спутникам.
Вторая половина нашего века, однако, стала временем возвращения к концепции изначально холодной Земли. Во-первых, нашлись серьезные, чисто астрономические, возражения против планетезимальной теории. Г. Рессел, например, обратил внимание на то простое обстоятельство, что если между Солнцем и проходящей звездой протянется лента из звездного вещества, то ее средняя часть (где притяжение двух светил взаимно уравновешивается) должна будет пребывать в полной неподвижности. И напротив, выяснилось, что некоторые оказавшиеся ошибочными положения Лапласа вполне могут быть откорректированы в рамках дальнейшего развития небулярной теории. (В качестве примера могут быть приведены гипотеза О.Ю. Шмидта - в ней газо-пылевое облако захватывается уже существующим на тот момент Солнцем, или более популярная ныне модель К. фон Вайцзекера; в последней вращающаяся небула представляет собой уже не гомогенный шар, как у Лапласа, а систему разноскоростных вихрей, несколько напоминающую шарикоподшипник. Ныне полагают также, что газ и пыль во вращающейся газо-пылевой туманности ведут себя по разному: пыль собирается в плоский экваториальный диск, а газ образует почти шарообразное облако, густеющее по направлению к центру туманности. Впоследствии пыль экваториального диска слипается в планеты, а газ под собственной тяжестью разогревается так, что "вспыхивает" в виде Солнца).
Более существенным для победы "холодной" концепции, однако, оказалось другое: был найден убедительный и при этом достаточно простой ответ на вопрос - откуда же берется тепло, разогревшее недра изначально холодной Земли до столь высоких температур? Этих источников тепла, как сейчас полагают, два: энергия распада радиоактивных элементов и гравитационная дифференциация недр. С радиоактивностью все достаточно ясно, да и источник это второстепенный - на него приходится, согласно современным оценкам, не более 15% энергии разогрева. Идея же гравитационной дифференциация недр (ее детальную разработку связывают с именем О.Г. Сорохтина) заключается в следующем.
Зная массу и объем Земли (они были рассчитаны еще в XVIII веке), легко определить усредненную плотность земного вещества - 5,5 г/см3. Между тем, плотность доступных нам для прямого изучения горных пород вдвое меньше: средняя плотность вещества земной коры составляет 2,8 г/см3. Отсюда ясно, что вещество в глубоких недрах Земли должно иметь плотность много выше средней.
Известно, что почти девать десятых массы Земли приходится на долю всего четырех химических элементов - кислорода (входящего в состав окислов), кремния, алюминия и железа. Поэтому можно с достаточной уверенностью утверждать, что более "легкие" наружные слои планеты состоят преимущественно из соединений кремния (алюмосиликатов), а "тяжелые" внутренние - железа.
В момент образования Земли ("горячим" или "холодным" способом - для нас сейчас неважно) "тяжелые" и "легкие" элементы и их соединения не могли не быть полностью перемешаны. Дальше, однако, начинается их гравитационная дифференциация: под действием силы тяжести "тяжелые" соединения (железо) "тонут" - опускаются к центру планеты, а "легкие" (кремний) - "всплывают" к ее поверхности. Давайте теперь рассмотрим этот процесс в мысленно вырезанном вертикальном столбе земного вещества, основание которого - центр планеты, а вершина - ее поверхность. "Тонущее" железо постоянно смещает центр тяжести этого столба к его основанию. При этом потенциальная энергия столба (пропорциональная произведению массы тела на высоту его подъема, что в нашем случае составляет расстояние между центром Земли и центром тяжести столба) постоянно уменьшается. Суммарная же энергия Земли, в соответствии с законами сохранения, неизменна; следовательно, теряющаяся в процессе гравитационной дифференциации потенциальная энергия может преобразовываться лишь в кинетическую энергию молекул - то есть выделяться в виде тепла.
Расчеты геофизиков показывают, что эта энергия составляет чудовищную величину 4*1030 кал (что эквивалентно триллиону суммарных ядерных боезапасов всех стран мира). Этого вполне достаточно для того, чтобы - даже не прибегая к помощи энергии радиоактивного распада - разогреть недра изначально холодной Земли до расплавленного состояния. При этом, однако, рассчитывая тепловой баланс Земли за всю ее историю, геофизики пришли к выводу, что температура ее недр лишь местами могла доходить до 1600оC, в основном составляя около 1200оC; а это означает, что наша планета, вопреки бытовавшим ранее представлениям, никогда не была полностью расплавленной. Разумеется, планета постоянно теряет тепловую энергию, остывая с поверхности, однако этот расход в значительной степени (если не полностью) компенсируется излучением Солнца.
Итак, Земля на протяжении всей своей истории представляет собой твердое тело (более того: в глубинах, при высоких давлениях, очень твердое тело), которое, однако, парадоксальным образом ведет себя при очень больших постоянных нагрузках как чрезвычайно вязкая жидкость. Сама форма планеты - эллипсоид с чуть выпяченным Северным полюсом и чуть вдавленным Южным - идеально соответствует той, что должна принимать жидкость в состоянии равновесия. В толще этой "жидкости" постоянно происходят чрезвычайно медленные, но немыслимо мощные движения колоссальных масс вещества, с которыми связаны вулканизм, горообразование, горизонтальные перемещения континентов и т.д. - их закономерности мы будем обсуждать в следующей главе. Здесь важно запомнить, что источником энергии для всех этих процессов является в конечном счете все та же самая гравитационная дифференциация вещества в недрах планеты. Соответственно, когда этот процесс завершится полностью, наша планета станет геологически неактивной, "мертвой" - подобно Луне. Согласно расчетам геофизиков, к настоящему моменту уже 85% имеющегося на Земле железа опустилось в ее ядро, а на "оседание" оставшихся 15% потребуется еще около 1,5 млрд. лет.
В результате гравитационной дифференциации недра планеты оказывается разделенными (как молоко в сепараторе) на три основных слоя - "тяжелый", "промежуточный" и "легкий". Внутренний, "тяжелый" слой (с плотностью вещества около 8 г/см3) - центральное ядро, состоящее из соединений железа и иных металлов; из 6400 км, составляющих радиус планеты, на ядро приходится 2900 км. Поверхностный, "легкий" слой (плотность его вещества около 2,5 г/см3) называется корой. Средняя толщина коры всего-навсего 33 км; она отделена от нижележащих слоев поверхностью Мохоровичича, при переходе через которую скачкообразно увеличивается скорость распространения упругих волн. Между корой и ядром располагается "промежуточный" слой - мантия; ее породы имеют плотность около 3,5 г/см3 и находятся в частично расплавленном состоянии. Верхняя мантия отделена от нижней мантии лежащим в 60-250 км от поверхности расплавленным слоем базальтов - астеносферой; верхняя мантия вместе с корой образует твердую оболочку планеты - литосферу (рисунок 4). Именно в астеносфере находятся магматические очаги, питающие вулканы, деятельности которых Земля обязана своей подвижной оболочкой - гидросферой и атмосферой.
Согласно современным представлениям, атмосфера и гидросфера возникли в результате дегазации магмы, выплавляющейся при вулканических процессах из верхней мантии и создающей земную кору. Атмосфера и гидросфера состоят из легких летучих веществ (соединений водорода, углерода и азота), содержание которых на Земле в целом очень мало - примерно в миллион раз меньше, чем в космосе. Причина такого дефицита состоит в том, что эти летучие вещества были "вымыты" еще из протопланетного облака солнечным ветром (т.е. потоками солнечной плазмы) и давлением света. В момент образования 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, возможно, в нитратах), кислород - в окислах металлов, углерод - в графите, карбидах и карбонатах.
Современные вулканические газы примерно на 75% состоят из воды и на 15% - из углекислоты, а остаток приходится на метан, аммиак, соединения серы (H2S и SO2) и "кислые дымы" (HCl, HF, HBr, HJ), а также инертные газы; свободный кислород полностью отсутствует. Изучение содержимого газовых пузырьков в древнейших (катархейских) кварцитах Алданского щита показало, что качественный состав этих газов полностью соответствует тому, что перечислено выше. Поскольку эта первичная атмосфера была еще очень тонкой, температура на поверхности Земли была равна температуре лучистого равновесия, получающейся при выравнивании потока солнечного тепла, поглощаемого поверхностью, с потоком тепла, излучаемым ею; для планеты с параметрами Земли температура лучистого равновесия равна примерно 15оC.
В итоге почти весь водяной пар из состава вулканических газов должен был конденсироваться, формируя гидросферу. В этот первичный океан переходили, растворяясь в воде, и другие составные части вулканических газов - большая часть углекислого газа, "кислые дымы", окиси серы и часть аммиака. В результате первичная атмосфера (содержащая - в равновесии с океаном - водяные пары, CO2, CO, CH4, NH3, H2S и инертные газы, и являющаяся восстановительной) оставалась тонкой, и температура на поверхности планеты не отклонялась сколь-нибудь заметно от точки лучистого равновесия, оставаясь в пределах существования жидкой воды. Это и предопределило одно из главных отличий Земли от других планет Солнечной системы - постоянное наличие на ней гидросферы.
Как же изменялся объем гидросферы на протяжении ее истории? В расплавленном базальте (в астеносфере) при температуте 1000оС и давлении 5-10 тыс. атмосфер растворено до 7-8% H2O: именно столько воды, как установлено вулканологами, дегазируется при излиянии лав. Большая часть этой воды (имеющей, таким образом, мантийное происхождение) пополняла собою гидросферу, но часть ее поглощалась обратно породами океанической коры (этот процесс называется серпентинизацией). Расчеты геофизиков показывают, что в катархее и архее воды в океанских впадинах было мало - она еще не прикрывала срединно-океанические хребты; в океаническую кору она поступала не из океанов, а снизу - непосредственно из мантии. В начале протерозоя уровень океанов достиг вершин срединно-океанических хребтов, но на протяжении всего раннего протерозоя практически весь объем поступавшей в океаны воды поглощался породами океанической коры. К началу среднего протерозоя процессы серпентизации закончились, и океаническая кора обрела современный состав. С этого времени объем океанов вновь начал нарастать, и процесс этот будет продолжаться, постепенно замедляясь, и дальше - пока на Земле не прекратятся вулканические процесы.
Если спросить человека: "Отчего море соленое?", он почти наверняка ответит: "Оттого же, отчего солоны бессточные озера (вроде озера Эльтон, снабжающего нас пищевой поваренной солью): впадающие в море реки несут некоторое количество солей, потом вода испаряется, а соль остается". Ответ этот неверен: соленость океана имеет совершенно иную природу, чем соленость внутриконтинентальных конечных водоемов стока. Дело в том, что вода первичного океана имела различные примеси. Одним источником этих примесей были водорастворимые атмосферные газы, другим - горные породы, из которых в результате эрозии (как на суше, так и на морском дне) вымываются различные вещества. "Кислые дымы", растворяясь в воде, давали галогеновые кислоты, которые тут же реагировали с силикатами - основным компонентом горных пород, и извлекали из них эквивалентное количество металлов (прежде всего - щелочных и щелочноземельных - Na, Mg, Ca, Sr, K, Li). При этом, во-первых, вода из кислой становилась практически нейтральной, а во-вторых, соли извлеченных из силикатов элементов переходили в раствор; таким образом, вода океана с самого начала была соленой. Концентрация катионов в морской воде совпадает с распространенностью этих металлов в породах земной коры, а вот содержание основных анионов (Cl-, Br-, SO4-, HCO3-) в морской воде намного выше того их количества, которое может быть извлечено из горных пород. Поэтому геохимики полагают, что все анионы морской воды возникли из продуктов дегазации мантии, а все катионы - из разрушенных горных пород.
Главный фактор, определяющий кислотность морской воды - содержание в ней углекислоты (CO2 - водорастворимый газ, и в океанах его сейчас растворено 140 трл. т - против 2,6 трл.т, содержащихся в атмосфере). В океанах существует динамическое равновесие между нерастворимым карбонатом кальция CaCO3 и растворимым бикарбонатом Ca(HCO3)2: при недостатке CO2 "лишний" бикарбонат превращается в карбонат и выпадает в осадок, а при избытке CO2 карбонат превращается в бикарбонат и переходит в раствор. Карбонатно-бикарбонатный буфер возник в океане на самом начальном этапе его существования, и с тех пор он поддерживает кислотность океанской воды на стабильном уровне.
Что касается атмосферы, то ее состав стал меняться в протерозое, когда фотосинтезирующие организмы начали вырабатывать (в качестве побочного продукта своей жизнедеятельности) свободный кислород; сейчас считается твердо установленным, что весь свободный кислород планеты имеет биогенное происхождение. Кислород, в отличие от углекислоты, плохо растворим в воде (соотношение между атмосферным и растворенным в воде CO2 составляет, как мы видели, 1:60, а для O2 оно составляет 130:1), и потому почти весь прирост кислорода идет в атмосферу. Там он окисляет CO и CH4 до CO2, H2S - до S и SO2, а NH3 - до N2; самородная сера, естественно, выпадает на поверхность, углекислота и сернистый ангидрид растворяются в океане, и в итоге в атмосфере остаются только химически инертный азот (78%) и кислород (21%). Атмосфера из восстановительной становится современной, окислительной; впрочем, подробнее историю кислорода на Земле мы обсудим позднее, там, где речь пойдет о ранней эволюции живых существ (глава 5).
Помимо кислорода и азота, в атмосфере содержится небольшое количество так называемых парниковых газов - углекислый газ, водяной пар и метан. Составляя ничтожную долю атмосферы (менее процента), они, тем не менее, оказывают важное влияние на глобальный климат. Все дело в особых свойствах этих газов: будучи сравнительно прозрачными для коротковолнового излучения, поступающего от Солнца, они в то же время непрозрачны для длинноволнового - излучаемого Землею в космос. По этой причине вариации в количестве атмосферного CO2 могут вызывать существенные изменения теплового баланса планеты: с ростом коцентрации этого газа атмосфера по своим свойствам все более приближается к стеклянной крыше парника, которая обеспечивает нагрев оранжерейного воздуха путем "улавливания" лучистой энергии - "парниковый эффект".
15.Мантия планеты. Структура и состав. Мантийная конвекция
Мантия — часть Земли, от земной коры и до границы с ядром. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2 900 км.
В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия слой В глубиной до 400 км и С до 800-1000 км (некоторые исследователи слой С называют средней мантией); нижняя мантия слой D до глубины 2700 с переходным слоем D1 от 2700 до 2900 км.
Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращенно, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей — от 7 до 8—8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.
Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и легкую часть — кору и плотную и тугоплавкую мантию.
Мантия сложена главным образом ультаосновными породами: перидотитами, (лерцолитами, гарцбургитами, верлитами, пироксенитами), дунитами и в меньшей степени основными породами — эклогитами.
Также среди мантийных пород установлены редкие разновидности пород, не встречающиеся в земной коре. Это различные флогопитовые перидотиты, гроспидиты, карбонатиты.
Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро Земли.
Как мы уже выяснили раньше, в очень вязкой мантии Земли с необходимостью существует тепловая конвекция, вызванная к жизни инверсией плотности вещества земной мантии, нагреваемого в нижней части мантии (на границе с земным ядром) и охлаждающегося при передаче полученного тепла наверх через твёрдую, сравнительно холодную кору с интенсивностью порядка 0.1 Вт/ м2 (для равнинной материковой коры). Конвекция обеспечивает гораздо более интенсивную передачу тепла из центральных областей Земли к её поверхности, чем за счёт кондуктивной теплопроводности.
Сразу же отметим, что при достаточно быстром подъёме мантийного вещества в восходящем участке конвекционного потока (со скоростью, большей скорости передачи тепла за счёт теплопроводности) из глубоких недр (где царит огромное давление порядка 100 тысяч МПА) к земной коре (где давление порядка 1000 МПА) происходит адиабатическое охлаждение поднимающихся масс мантийного вещества. Охлаждение идёт из-за затрат энергии на расширение элементарных объёмов при уменьшении давления (при невозможности поступления тепла за счёт кондуктивной теплопроводности в достаточном темпе). Это происходит подобно тому, как в земной атмосфере при подъёме поначалу горячего воздуха. Точно так же при погружении мантийного вещества в составе нисходящей ветви мантийного конвекционного потока его температура растёт в результате адиабатического сжатия.
Поэтому при подсчёте количества тепла, переносимого мантийным конвекционным потоком, нет особого смысла учитывать взаимно компенсирующиеся адиабатические охлаждение и нагрев. Для упрощения расчётов можно пользоваться условной адиабатической температурой, приведённой к температуре для одинакового давления, скажем такого, как на нижней поверхности земной коры (на глубине 50 км).
Как можно обнаружить мантийную конвекцию, происходящую глубоко в недоступных недрах Земли, находясь на поверхности земной коры? Какие соображения мы можем (или должны) использовать для обнаружения очень медленных движений, происходящих на глубинах в сотни километров под нами?
На первый взгляд, обнаружить мантийную конвекцию невозможно, кроме как мысленно, через цепочку умозаключений. Ведь мы не знаем о мантийных конвекционных потоках практически ничего, кроме того, что они должны существовать для обеспечения дрейфа материков (в соответствии с представлениями, распространёнными сегодня среди геофизиков). Мы не знаем ни вязкости мантийного вещества, ни его температуры, ни скорости мантийного потока (по всем признакам очень маленькой). Так как же при таком незнании можно обнаружить мантийный конвекционный поток?
Оказывается можно, и довольно просто. Мантийная конвекция очень рельефно проявляется в профиле поверхности земной коры, и эти «рельефные» проявления можно легко видеть. Более того, мы сможем вычислить многие параметры мантийного конвекционного потока, опираясь на хорошо известные, надёжно установленные факты.
Чтобы понять это, рассмотрим конвекцию на более наглядных и доступных примерах: конвекцию в кастрюле с водой, стоящую на горячей плите или конвекцию в облаке, образующемся над равниной в жаркий безветренный день.
Конвекция возникает вследствие всплывания (в соответствии с законом Архимеда) более лёгких (менее плотных из-за большей температуры) объёмов жидкости (газа) до поверхности объёма, занятого этой жидкостью (газом), с последующим растеканием поднявшихся объёмов по субгоризонтальной, бывшей горизонтальной, но теперь становящейся наклонной поверхности объёма, в котором развивается конвекция. С последующим опусканием охладившегося объёма, ставшего более тяжёлым (плотным)
Пояснение к рисунку: из-за растекания приподнявшегося над общей, изначально горизонтальной поверхностью всей однородной жидкости объёма более лёгкой (чуть более горячей) жидкости, давление Р2 под столбом жидкости, ставшим более лёгким, становится меньше, чем под соседними столбиками жидкости Р1 и Р3. Поэтому под более лёгкий столб жидкости с соседних придонных участков начинает выдавливаться жидкость, причём именно из того придонного объёма, который успел нагреться у дна, более горячего, чем другие ограничивающие поверхности. В результате такого притока более горячей жидкости в нижнюю часть столба жидкости, ставшего более лёгким, этот столб становится ещё более лёгким и более высоким. А с его верхней части (более высокой, чем у соседних столбов) ещё быстрее начинает стекать жидкость на соседние более холодные и более низкие участки. Так что в результате самосогласования движений элементарных объёмов более лёгкий столб жидкости становится ещё более лёгким, а более тяжёлый ещё более тяжёлым. Выражаясь языком радиотехников, под влиянием нагрева снизу и охлаждения сверху в объёме жидкости самовозбуждается процесс тепловой конвекции. Жидкость начинает двигаться всё быстрее. И возникает замкнутый на себя самосогласованный конвекционный поток. Разность высот на верхней поверхности конвектирующей жидкости и скорость конвекции увеличивается до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие между избыточными силами Архимеда, ускоряющими конвекционное движение, и тормозящей силой вязкого трения в этой жидкости (газе).
Силы Архимеда определяются разностью температур в восходящей и окружающих её частях конвектирующего объёма и высотой восходящего участка конвекционного потока. Силы вязкости зависят от геометрических размеров конвектирующего объёма, вязких свойств вещества (при температуре конвекции) и скорости.
Изображённое схематически на Рис 1 перераспределение вещества и давления хорошо видно при развитии мощного облака — его вершина, образуемая более лёгким, более тёплым воздухом с плавающим в нём туманом, поднявшаяся выше других частей облака, растекается в стороны с видимой скоростью. Примерно то же самое можно видеть и при нагревании воды в кастрюле. Вода поднимается в более нагретой центральной части кастрюли и растекается в стороны, а поверхность нагреваемой воды слегка наклоняется от центральной более нагретой и менее плотной части к более холодным стенкам кастрюли (любая жидкость со свободной поверхностью может течь только вниз). Из-за малой вязкости воды (её большой текучести) перепад высот в кастрюле и наклон поверхности воды при рядовых температурах очень мал. Однако при температуре кипения воды благодаря большому количеству пузырьков пара в центральной части она становится намного легче окрестностей (менее плотной), и поэтому при кипении центральная часть кастрюли (восходящий конвекционный поток) становится намного выше окружающих участков. Если же нагревать не всё дно кастрюли, а её бок, то понятно, что при кипении более высокой будет поверхность воды у нагреваемого бока. Гораздо большую, чем для чистой воды, разность высот восходящей и нисходящей частей конвекционного потока можно наблюдать в кастрюле с кашей, гораздо более вязкой, чем вода.
Теперь, после такого рассмотрения механизма конвекции, можно предложить метод обнаружения восходящих и нисходящих частей мантийного конвекционного потока, несмотря на то, что его путь пролегает на глубине в десятки и сотни километров.
Как мы видели, поверхность восходящей части воздушного конвекционного потока в облаке или водного потока в кастрюле располагается несколько выше поверхности над нисходящей частью. То же самое относится и к мантийным конвекционным потокам.
Поверхность однородного объёма в восходящей части мантийного конвекционного потока располагается несколько выше и приподнимает расположенный над ним (плавающий на нём) участок твёрдой земной коры. А нисходящая часть, наоборот, имеет более низкий уровень поверхности и, соответственно, опускает свой участок земной коры. Мы видели, что для воды в кастрюле эта разница высот ничтожна, и такую разность высот невозможно заметить в географической обстановке. К тому же, картину высот может сильно исказить даже небольшое различие плотностей вещества на различных участках земной коры, плавающих в мантии. Из-за очень высокой вязкости мантийного вещества, а также из-за большой разности температур, разность высот восходящего и нисходящего участков конвекционного потока может быть очень большой. Что же касается возможного маскирования разности высот различием плотности и толщины коры в разных географических точках, то мы можем обойти это маскирование, рассматривая явление в нужном месте. А именно, рассматривая высоты поверхности океанического дна. Поскольку океаническая кора имеет приблизительно такую же плотность, что и подстилающая её мантия с конвекционным потоком в ней, то толщина коры уже не будет играть роли, и на океаническом дне никакого маскирования высот не будет. И рассмотрение сильно упрощается. Поэтому рассмотрим рельеф океанического дна. Изобразим его разрез от поднятия в области СОХ до глубоководной впадины. Заодно обратим внимание и на толщину коры по разрезу.
16.Тектонические платформы материков, особенности их формирования
Так ли уж много затонувших городов находят ученые? Ведь справедливости ради нужно заметить: большинство античных городов Средиземноморья благополучно стоит там же, где они были построены много веков назад. Более того, некоторые из них даже поднялись вверх, и ныне их развалины расположены на более высоких отметках, чем в старину. Примером может служить древняя Иония, находившаяся на средиземноморском побережье Малой Азии.
Редкий турист, приезжающий в Турцию, не посещает знаменитый античный город Эфес — огромный музей под открытым небом. Это был один из самых больших торговых центров эллинской зпохи.
Здесь находится один из крупнейших морских портов того времени, куда приходили корабли со всего света. В центре города располагалась торговая площадь (агора), в боковых галереях которой стояли лавки, рыбные, овощные, фруктовые ряды. Эфес имел громадный круглый амфитеатр, на 66 каменных ступенях-рядах которого умещалось 25 тыс. зрителей. Мраморные колонны возвышались вдоль улиц, соединявших портовую, торговую, жилую и культурную части города. Именно здесь находился реконструируемый ныне знаменитый храм Артемиды --седьмое чудо света, -- который сжег Герострат, что бы прославиться. Но что удивляет современных посетителей Эфеса -- это вход в город, длинная "мраморная" дорога, направляющаяся в сторону Эгейского моря и упирающаяся вовсе не в море, а в холмы и зеленую низменность в 25 км of берегового пляжа.
За последние 600-800 лет берег в этом месте поднялся, Эфесская бухта исчезла и древний морской порт оказался на суше. Почти то же произошло и с другими прибрежными древнегреческими городами, расположенными на берегу Эгейского моря. И не только в Средиземноморье, Дорога из ворот крепости Нары ч-кале тоже когда-то вела к морскому порту (37).
Морские ворота Древнего Рима, порт Остия, в I в, до н.э. поражал воображение современников своими мощными сооружениями: двумя большими волноломами, длинными причалами, крупными складами, высоким 60-метровым маяком. При императоре Клавдии длина мощен-НЫУ. камкем пристаней достигала 2,4 км, площадь акватория, защищаемая волноломами, -- 565 га. Некоторые торговые суда поднимались вверх по устью р.'Гибр почти до самого центра нынешнего Рима, до знаменитой арочной г Клоаки максима*" — главного городского канализационного коллектора» который действует и в наши дни. Ныне Остт5я далеко отстоит от моря, и о том, что она когда-то была портом, напоминают лшиъ развалины древних причальных сооружений. Жители же "вечного*' города уже много столетий подряд добираются к морскому берегу с помощью сухопутного транспорта.
Другие же исторические памятники показывают, что в целом уровень моря вокруг Апеннинского полуострова со времен Римской империи поднялся не менее ЧРЖ на 1 м, к интенсивность этого подъема особенно увеличилась в течение последнего столетия. Характерна в •РТОМ отношении, например, башня в Лацио: ныне она окружена морем, а в 1948 г. стояла на берегу моря, которое за это время продвинулось примерно на 115 м.
Основной причиной подъема территории в районе Остии и Эфеса, многие ученые считают наносы реками грунта, который, откладываясь в устьях, постепенно отодвигал урез воды в сторону моря. Однако только ли реки сыграли здесь роль?
Не может  ли территориальная  неравномерность и раанонаправлен-ность тзсртиклл!,ных колебаний пО-верхкостн и в данном случае свидетельствовать об их эндогенном про-исхО0Кдении? Не являются ли они следствием глубин РГЫХ тектонических щлществ, происходящих в земных недрах?
Для того чтобы понять тектонические процессы, надо хорошо упать глубинное строение ЗеМЛИ. Но нам почти неизвестно, какова толщина земной коры в тех или иных районах планеты, каков состав и размеры залегающей под ней мантии и многое другой. Например, в дие Тихого океана к 1975 г, было пробурено 109 глубоких  скважин,   на  основе   которых многие геологи ~ сторонники тек-ч'онических гипотез движения земной коры — строят сном предполо-жения. Однако такое число точек исследования крайне мало, 109 скважин - это примерно то яда, что 6—7 с к нажин на территории всей Европы. Именно из*за недостатка знантгй действительности возникают самые разные гипотезы, часто противоречащие друг другу.
Одна из широко распространенных тектонических гипотез подвижности земной коры -- гипотеза так называемого тчобилизма роди-ляеь в 10-е годы XX в. под влиянием идей австрийского геофизика А.Бегенера. Изучая внимательно конфигурацию материков, он обнаружил почти полное совпадение их контуров. Более того, оказалось, что, например, сходство очертаний противолежащих берегов Африки и Южной Америки сопровождается и совпадением их геологического строения.
Английские ученые из Кембриджского университета Э.Вуллард, Д.Эваретт и А.Смит подсчитали на ЭВМ, что точность примыкания африканских и южноамериканских береговых линий составляет менее одного градуса. Особенно близким совпадение континентальных контуров становится, если их принять не по береговой линии, а по 900-метровой изобате.
Такие вот удивительные совпадения и вызвали к жизни гипотезу расползания современных континентов, которые, согласно ей, образовались в мезозойскую и кайнозойскую эру из единого материка Пангеи или Мегагеи, из которых поначалу возникли Северная и Южная Америка, Евразия и Африка. В последующем Антарктида и Австралия оторвались от Африки и в (промежутках между плывущими друг от друга континентами образовались океаны. По другой схеме континенты расползались по планете в результате раскола северного палеоматерика Лавразии, возникшего в середине палеозоя и распавшегося на две части: Европу с северной частью Азии и Северную Америку. Из другого расколовшегося в палеозое южного материка Гондваны образовались Южная Америка, Австралия и Антарктида, Африка и Индостан.
В 1961-1962 гг. благодаря работам геологов Г.Хесса и Р.Дитца начала развиваться идея расширения (спрединга) дна океана. Были открыты крупные разломы земной коры, опоясывающие почти всю Землю     —   срединно-океанические хребты и рифтовые зоны. Они, как шрамы на теле нашей планеты, никогда не заживают, от них в разные стороны плывут материки со скоростью от 1 до 10 см/год. В разлом поступает из мантии магма и, застывая, превращается в новую кору. Именно здесь больше всего проявляет себя вулканизм.
Наиболее наглядными и убедительными доказательствами долговременного дрейфа материков многие ученые считают результаты исследований, полученные- палеомаг-нитным методом — использованием остаточного магнетизма горных пород. Этот метод основан на том, что горная порода при своем образовании навечно сохраняет в себе, как бы консервирует, свою намагниченность. Например, многие вулканические породы, кристаллизуясь в жидкой лаве, в процессе охлаждения и затвердевания прочно закрепляют в себе намагниченность. Отбирая образцы таких пород и исследуя их магнитные свойства, ученые фактически достают из земли древние компасы, которые зафиксировали былое положение силовых линий магнитного поля Земли. Эти "законсервированные** компасы позволяют    определить    координаты местонахождения горных пород в далеком прошлом, а точка их отбо-\ ра в наше время показывает, как далеко и куда они "отплыли" за прошедший период времени. Развитие палеомагнитного метода, ориентировка реликтового магнитного поля на континентах и линейные магнитные аномалии на морском дне подтверждают образование материков из единого целого.
В наше время теория спрединга стала пользоваться большой популярностью и вышла за пределы научных публикаций. Многие газеты и журналы мира вот уже с десяток лет   печатают   статьи   о   тех   или иных свидетельствах дрейфа материков, о рифтовых зонах, о спорах между учеными-геологами, сторонниками гипотез мобилизма и фик-сизма. А писатель-фантаст Секе Ко-мацу даже написал роман, легший в основу известного фильма "Гибель Японии", в котором разрастание океанического дна приводит к его разлому и погружению под воду японских островов.
Гипотеза дрейфа материков, происходящего по пластичной или жидкой нижней мантии Земли, в наше время получила особенно большое развитие в новой теории глобальной тектоники плит. Под последними сторонники мобилизма понимают крупные структурные подразделения земной коры. К ним прежде всего относятся древние континентальные     платформы, крупные сегменты земной коры, направление движения которых унаследовано современными лито-сферными плитами.
Происходит движение этих огромных жестких плит, включающих в себя не только материки, но и части океанической базальтовой коры, как бы припаянной к материкам (38). При этом помимо самих плит в движении участвует и подстилающая их верхняя мантия планеты. Образование складчатых гор объясняют столкновением плит при их встречном движении многие ученые-мобилисты. Кроме глобальных литосферных плит имеются и более мелкие, которые также перемещаются (39).
Сторонники новых глобальных геологических концепций строят схемы не только движения крупных литосферных плит и расширения океанов, но и расширения самой Земли.
В пользу последней гипотезы приводят, например, данные об уменьшении силы тяжести, т.е. земного притяжения, что может свидетельствовать об уменьшении плотности, а значит, и о расширении Земли. Это связывают с падением скорости вращения нашей планеты вокруг своей оси, уменьшением вследствие этого силы земного притяжения и вытекающим отсюда ослаблением гравитационного взаимодействия между Землей и Луной и одновременным увеличением расстояния до Луны. Причиной такого процесса считают так называемое приливное трение, которое создают большие массы воды в океанах, движущиеся навстречу вращению Земли под влиянием лунного притяжения.
Действительно,   Луна движется вокруг Земли медленнее, чем Земля вокруг своей оси. Поэтому приливная волна в океанах запаздывает и набегает на сушу. Таким образом, инерция водных океанических масс может приводить к торможению и замедлению вращения Земли.Данные астрономии подтверждают, что Луна, хотя и на оченьнебольшую величину, удаляется отнашей планеты. Астроном из морской обсерватории США Т.Флан-дерн в течение 20 лет изучавший гравитационные силы в системе Земля -- Луна, обнаруживает уменьшение ускорения свободного падения.
В качестве доказательства уменьшения периода вращения Земли приводят и некоторые палеонтологические данные. Так, изучаются годовые и суточные кольца оболочек древних кораллов, которые подобно годовым кольцам на срезе дерева удивительно точно отбивают продолжительность времени года и суток. По результатам этих исследований некоторые ученые устанавливают, что много сотен миллионов лет назад земные сутки были короче и год состоял из 409 дней.
Однако другие исследователи считают эти выводы спорными. Они приводят результаты новых палеонтологических исследований роста морских кораллов от кембрийского до среднедевонского периода, показывающие, что никаких изменений в долготе суток не произошло. А это, следовательно, доказывает и отсутствие каких-либо изменений в скорости вращения Земли. Такие соображения приводит, например, голландский палеонтолог И.Диггелен из Утрехтского университета. "Земля не замедлялась сколько-нибудь, --писал он в 1976 г., в журнале "Нэйчур" (Природа), -- по крайней мере в течение последних 500 миллионов лет".
Противники мобилистской гипотезы --фиксисты -- не разделяют мнения о приоритете горизонтальных движений земной коры. Они считают, что континенты зафиксированы на местах их образования и вертикальные колебания поверхности Земли вовсе не связаны с дрейфом континентов.
Подвергается, в частности, сомнению вытекающая из мобилистской концепции неизбежность сжатия чаши Тихого океана, на которую надвигались бы дрейфующие материки при расширении Атлантики. Убедительных подтверждений этого, по мнению фиксистов, не существует.
Более или менее доказательно объясняя горизонтальные движения земной коры под дном океана, мо-билисты не всегда могут уложить в свою гипотезу факты тектонической активности и крупных поднятий в пределах материковых областей Земли.
Подвергаются критике и данные палеомагннткых  исследований
остаточного магнетизма горных пород, которые в ряде случаев, по мнению некоторых ученых, являются противоречивыми и недостаточно точными. Палеомагнитные данные даже в пределах одной Сибирской платформы, доказывающие якобы имевшее место в прошлом перемещение Северного полюса, дают огромный разброс в определении его местонахождения, который достигает 6 тыс.км. Таким образом, ошибки, которые могут быть при использовании этого метода, соизмеримы с размерами самих материков и океанов.
Против основного аргумента последователей гипотезы Вегенера о совпадении материковых границ фиксисты выставляют другие компоновки континентов, где их контуры также хорошо совпадают. Так, Е.Люстих привел целый набор таких схем, в которых, например, Австралия может быть "подогнана" к Африке в пяти различных комбинациях.
Фиксистская гипотеза основными считает вертикальные движения земной поверхности и от них уже производит горизонтальные. Геологические данные показывают, что тектонические процессы, происходящие в земной коре, неразрывно связаны с магматическими явлениями в мантии Земли. Это видно, например, из механизмов землетрясений или происхождения алмазов, которые проникают из магмы в земную кору, поднимаясь вверх по трещинам. Эти механизмы относятся в большинстве случаев как раз к континентальным зонам, где, по мнению мобилистов, эндогенные процессы не должны были бы себя проявлять с такой интенсивностью. К сожалению, как фиксистская, так и мобилистская гипотезы занимаются, главным образом, кинематикой   движений   земной   коры.В меньшей степени они касаются динамики сил, заставляющих двигаться континенты и опускаться берега морей, т.е. именно того, что могло бы осветить многие тайны затонувших городов. Это связано с тем, что если земную кору и небольшой слой верхней мантии Земли мы еще хоть как-то можем исследовать методами геофизики или буровыми скважинами, то глубинные зоны земного шара остаются для нас полной тайной.
Наиболее древняя и в то же время весьма современная эндогенная гипотеза — плутоническая (по имени подземного бога Плутона) -- своими  истоками  уходит  в  глубокую древность.  Еще Страбон в I в.  н.э. предположил,   что   подъем   отдельных   участков   поверхности   Земли происходит под действием  подземных  газов,  которые создают  внутреннее давление. Так же М.В.Ломоносов в середине XVIII в. объяснял образование   гор   и   материков   за счет "господствующего жара в земной утробе", или "жара подземного огня".  В  конце XVIII в.   шотландский ученый-натуралист Д.Геттон в книге "Теория земли" сформулировал основные положения образования гор в результате давления газов     и     вулканической    лавы.     В 1923 г.  его соотечественник геофизик Д.Джоли  предположил,  что в ходе геотермальных процессов, связанных  с  радиоактивными  циклами,    выделяющаяся    энергия    расплавляет   базальты.   При   этом   их плотность   уменьшается,   и   земной шар как бы "раздувается" (увеличение   радиуса   планеты   составило почти     11 км,     а    ее    площади — 1,7 млн. км2). Развивая эту гипотезу, Б. и Р.Виллисы в 1941 г. предположили, что радиоактивные элементы внутри Земли распределены неравномерно.  Поэтому  "вспучивание" земной  поверхности происходит там, где они наиболее сосредоточены, — в так называемых асте-нолитах. На этих участках, нагреваясь и расплавляясь, базальты поднимают поверхность Земли, а остывая и сжимаясь, опускают ее.
В наше время плутоническая гипотеза получила ряд косвенных подтверждений и в нее довольно хорошо укладываются некоторые новые факты. В современной интерпретации эта гипотеза представляет вертикальные движения земной коры как результат подъема из мантии составляющих ее более легкой части. Аномально легкий материал образуется на границе земного ядра и мантии, накапливается там в астенолитах, а затем периодически всплывает и снизу давит на земную кору. Затем разуплотненная мантия растекается и под сре-динно-океаническимй хребтами создает горизонтальные движения, раздвигающие земную кору.
История геотектоники знает и другие, механистические гипотезы образования земных поднятий. Еще в начале XX в. появилась гипотеза движения материков к экватору за счет действия центробежных сил, возникающих при вращении Земли. Например, Ли Сигуан в Китае наносил на глобус пластичный материал, который при вращении скользил и скапливался у экваториальной линии. Были попытки объяснить вертикальные движения земной коры и, в частности, складообразование замедлением вращения планеты вокруг своей оси, о чем уже говорилось. При этом кривизна поверхности Земли у полюсов должна увеличиваться, а у экватора уменьшаться. Поэтому, как предположил А.Бем, в приэкваториальной зоне образуются складчатые горы.
Для    проверки справедливости гипотезы  движения  материков, имеющей сейчас наибольшее число сторонников, и других гипотез, конечно, логичнее всего было бы привлечь результаты астрономогеодези-ческих измерений, проведение которых с появлением космических спутников Земли и высокочувствительных приборов становится весьма реальным. Ведутся наблюдения за изменением географических широт пяти специальных станций, расположенных в Северном полушарии на 39-й параллели. Эти данные, правда оспариваемые, показывают, что Северный полюс перемещается в сторону Гренландии со скоростью чуть ли не 10 см в год.
Важную службу ведет Международное бюро времени, которое, участвуя в упомянутых геофизических наблюдениях, вместе с тем изучает и изменение скорости вращения Земли. Установлено, что существуют сезонные и долговременные изменения продолжительности суток.
Необходимо упомянуть и еще одну, космическую, причину колебаний земной поверхности. Тот, кто бывал, например, на берегах и островах Белого моря, знает, как необычен и значителен морской прилив. Каждые 12 часов уровень воды поднимается, море затапливает пляжную зону и мелкие острова, поднимает вверх огромные плоты строевого леса, плавучие доки и корабли.
Энергия морского прилива огромна. Недаром она используется в турбинах приливных гидроэлектростанций. В Белом море работает Кислогубская ГЭС, построены крупные приливные гидроэлектростанции на северном и западном побережье Франции, на берегах Англии, США и других стран. Подсчитано, что запасы приливной энергии морского побережья СССР составляют 200 млрд. кВт/ч в год, т.е. столько, сколько вырабатывают
14 таких крупных речных гидроэлектростанций, как Братская ГЭС. Источником приливной энергии является энергия вращения Земли и ее взаимодействие с Луной (40). Лунное притяжение образует на поверхности Мирового океана приливные волны, высота которых превышает 10 м (например, на западном побережье Франции) и достигает 20 м (в. заливе Фонди). Лунные морские приливы, особенно те, которые действуют у побережья северных стран Европы, хорошо изучены. Ученым известна их география, периодичность действия, скорость и характер движения, определены области, где они могут быть с успехом использованы. Меньше знаем мы о других воздействиях Луны на нашу планету. 
Поскольку земная кора, как мы уже установили, не абсолютно твердое тело, то лунное притяжение действует на ее континентальную часть почти так же, как на поверхность океана, т.е. вызывает периодические приливные волны. Конечно, они не столь уж велики, но все-таки по некоторым, хотя и не очень строгим данным могут составлять несколько десятков сантиметров. Наибольшие по высоте земные приливы бывают в области экватора. Но и в других широтах они достаточно велики.
В зависимости от длительности действия различают короткоперио-дические и долгопериодические приливные земные волны. Первые из них имеют период от 11 до 24 ч и быстро бегут по земной поверхности с востока на запад. Во втором случае время, протекающее от поднятия до опускания того или иного участка Земли, составляет недели и даже годы. Медленные волны постоянно меняют форму нашей планеты, изменяя ее сплюснутость у полюсов.
Наложение приливных земных волн друг на друга делает характер их воздействия на поверхность Земли очень сложным, под влиянием упругих деформаций в земной коре возникают значительные напряжения. При этом в отличие от морских приливов периодические вертикальные колебания земной поверхности сопровождаются и горизонтальными смещениями.
Земные периодические волны фиксируются геофизическими методами гравиметрии с помощью точных измерительных приборов. Дело в том, что при изменении приливами формы Земли меняется и ее сила тяжести. Сверхчувствительные гравиметры замеряют ее десятимиллионные доли. Такие же измерения выполняются и по маятниковым приборам. В них подъем или опускание земной поверхности, выражающиеся в изменении силы тяжести, мгновенно отражаются на периоде колебания маятника в измерительном приборе.
Существуют и прямые способы обнаружения колебаний земной поверхности. Прежде всего это геодезические съемки, выполняемые длительное время и одновременно в разных точках. Так, при пробега-нии периодических приливных волн поверхности Земли замеряют высотное положение нескольких реперов, удаленных друг от друга на несколько десятков километров. Сопоставление результатов такого нивелирования позволяет подсчитать величину и периодичность колебаний
17 особенности движения тектонических плит в настоящее время
Сейчас уже нет сомнений, что купить путёвку в санаторий горизонтальное движение плит происходит за счёт мантийных теплогравитационных течений - конвекции. Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли, которые имеют очень высокую температуру (по оценкам, температура ядра составляет порядка 5000 °С) и температуры на её поверхности. Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются (см. термическое расширение), плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла земной коре. Этот процесс переноса тепла (следствие всплывания лёгких-горячих масс и погружения тяжёлых-более холодных масс) идёт непрерывно, в результате чего возникают конвективные потоки. Эти потоки - течения замыкаются сами на себя и образуют устойчивые конвективные ячейки, согласующиеся по направлениям потоков с соседними ячейками. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения увлекает плиты в горизонтальном же направлении с огромной силой за счёт огромной вязкости мантийного вещества. Если бы мантия была совершенно жидкой - вязкость пластичной мантии под корой была бы малой (скажем, как у воды или около того), то через слой такого вещества с малой вязкостью не могли бы проходить поперечные сейсмические волны. А земная кора увлекалась бы потоком такого вещества со сравнительно малой силой. Но, благодаря высокому давлению, при относительно низких температурах, господствующих на поверхности Мохоровича и ниже, вязкость мантийного вещества здесь очень велика (так что в масштабе лет вещество мантии Земли жидкое (текучее), а в масштабе секунд - твёрдое).Движущей силой течения вязкого мантийного вещества непосредственно под корой является перепад высот свободной поверхности мантии между областью подъёма и областью опускания конвекционного потока. Этот перепад высот, можно сказать, величина отклонения от изостазии, образуется из-за разной плотности чуть более горячего (в восходящей части) и чуть более холодного вещества, поскольку вес более и менее горячего столбов в равновесии одинаков (при разной плотности!). На самом же деле, положение свободной поверхности не может быть измерено, оно может быть только вычислено (высота поверхности Мохоровича + высота столба мантийного вещества, по весу эквивалентного слою более лёгкой коры над поверхностью Мохоровича).Эта же движущая сила (перепада высот) определяет степень упругого горизонтального сжатия коры силой вязкого трения потока о земную кору. Величина этого сжатия мала в области восхождения мантийного потока и увеличивается по мере приближения к месту опускания потока (за счёт передачи напряжения сжатия через неподвижную твёрдую кору по направлению от места подъёма к месту спуска потока). Над опускающимся потоком сила сжатия в коре так велика, что время от времени превышается прочность коры (в области наименьшей прочности и наибольшего напряжения), происходит неупругая (пластическая, хрупкая) деформация коры - землетрясение. При этом из места деформации коры выдавливаются целые горные цепи, например, Гималаи (в несколько этапов).При пластической (хрупкой) деформации очень быстро (в темпе смещения коры при землетрясении) уменьшается и напряжение в ней - сила сжатия в очаге землетрясения и его окрестностях. Но сразу же по окончании неупругой деформации продолжается прерванное землетрясением очень медленное нарастание напряжения (упругой деформации) за счёт очень медленного же движения вязкого мантийного потока, начиная цикл подготовки следующего землетрясения.Таким образом, движение плит - следствие переноса тепла из центральных зон Земли очень вязкой магмой. При этом часть тепловой энергии превращается в механическую работу по преодолению сил трения, а часть, пройдя через земную кору, излучается в окружающее пространство. Так что наша планета в некотором смысле представляет собой тепловой двигатель.Относительно причины высокой температуры недр Земли существует несколько гипотез. В начале XX века была популярна гипотеза радиоактивной природы этой энергии. Казалось, она подтверждалась оценками состава верхней коры, которые показали весьма значительные концентрации урана, калия и других радиоактивных элементов, но впоследствии выяснилось, что содержания радиоактивных элементов в породах земной коры совершенно недостаточно для обеспечения наблюдаемого потока глубинного тепла. А содержание радиоактивных элементов в подкоровом веществе (по составу близком к базальтам океанического дна), можно сказать, ничтожно. Однако это не исключает достаточно высокого содержания тяжёлых радиоактивных элементов, генерирующих тепло, в центральных зонах планеты.Другая модель объясняет нагрев химической дифференциацией Земли. Первоначально планета была смесью силикатного и металлического веществ. Но одновременно с образованием планеты началась её дифференциация на отдельные оболочки. Более плотная металлическая часть устремилась к центру планеты, а силикаты концентрировались в верхних оболочках. При этом потенциальная энергия системы уменьшалась и превращалась в тепловую энергию.Другие исследователи полагают, что разогрев планеты произошёл в результате аккреции при ударах метеоритов о поверхность зарождающегося небесного тела. Это объяснение сомнительно - при аккреции тепло выделялось практически на поверхности, откуда оно легко уходило в космос, а не в центральные области Земли.
18.Земная кора, особенности ее строения. Базальтовый и гранитный слой, метаморфические и осадочные породы.
Земная кора отделена от мантии поверхностью Мохоровичича. Глубина залегания этой поверхности различна: на континентах от 35 до 70 км, в океанах от 5 до 15 км; в среднем – 33 км. Средняя плотность горных пород, слагающих земную кору, составляет 2,8 г/см3, изменяясь от 1,6 до 3,2 г/см3. На долю земной коры приходится около 0,8 % всей массы планеты.По особенностям геологического строения, геофизической характеристике, химическому составу земную кору делят на континентальную, океаническую и промежуточную.Континентальная кора.Покрывает третью часть поверхности земного шара. Она присуща континентам, мелководным зонам морей и океанов (шельфам) и крупным островам. Тектоническая структура материков в целом значительно древнее, чем океанов. Как на материках (с переходными зонами), так и в океанах различаются тектонические области относительно более древние и устойчивые, более молодые и мобильные.В строении континентальной коры выделяют три слоя, которые условно называют осадочным, гранитным и базальтовым (рис.1.30).Осадочный слой сложен преимущественно осадочными породами. Магматические (вулканические, пирокластические) и метаморфические (глинистые сланцы) образования имеют небольшое значение.
Гранитный слой – специфическая принадлежность континентальной коры. Во многих местах земного шара он обнажается на дневной поверхности, вскрыт скважинами. Изучение гранитного слоя показало, что сложен он гранитами, гнейсами, слюдистыми сланцами. Максимальные мощности гранитного слоя (до 40 км) установлены под молодыми горно-складчатыми сооружениями; в некоторых местах континентов слой выклинивается, образуя так называемые “базальтовые окна” (Прикаспийская, Мексиканская синеклизы). Базальтовый слой залегает в основании коры. На дневной поверхности достоверно не обнажается и скважинами не вскрыт. О его составе судят по сейсмологическим данным. Континентальная кора в структурном отношении подразделяется на платформы и орогены (горноскладчатые сооружения). В пределах платформ выделяются структуры более мелкого масштаба – щиты, плиты, авлокогены ^ Щиты – это выходы на земную поверхность гранитной оболочки, образующие остов континентов (Украинский, Балтийский, Канадский и др.).Плиты – области континентов, в пределах которых гранитная оболочка перекрыта толщей осадочных пород (Восточно-Европейская, Сибирская).Авлокогены – удлиненные узкие грабенообразные впадины, заполненные осадочными породами. ^ Горноскладчатые сооружения образуют линейно вытянутые цепи горных сооружений, сложенных разнообразными и сильно нарушенными (дислоцированными) горными породами. Примером может служить Альпийско-Гималайский и Тихоокеанский пояса, Урал.
Характерная особенность строения континентальной коры – наличие сравнительно резкого увеличения ее мощности под горными сооружениями. Максимальные мощности (свыше 70 км) установлены под Гималаями. Обычно в горных районах мощность коры измеряется от 50 до 65 км, а под равнинами от 35 до 45 км. Эта особенность строения горных массивов получила название корней гор.^ Океаническая кора по своему строению принципиально отличается от континентальной. Она состоит из двух слоев: верхнего – осадочного, нижнего – базальтового. Общая мощность океанической коры варьирует от 5 до 15 км.Первый – осадочный слой покрывает дно морей и океанов. Осадочный слой океанов образовался в основном за счет выноса осадочных веществ реками с континентов, собственно океанического осадконакопления и вулканической деятельности. Мощность осадочного слоя океанов колеблется от нескольких метров до 2 км вблизи континентов. Увеличение мощности до 1 км отмечено на ряде крупных подводных плато и возвышенностей, удаленных от материков. Аномально высокие мощности осадочного слоя установлены по перифериям океанов. Например, по окраине Атлантического океана выявлены осадочные тела (линзы), мощность которых превышает 15 км. Второй – базальтовый слой океанической коры сложен чередующимися между собой базальтовыми лавовыми потоками, брекчиями, вулканическими пеплами и долеритовыми дайками. Верхняя часть слоя формировалась в условиях подводного вулканизма, о чем свидетельствуют шаровые поверхности базальтовых потоков, напоминающие гигантские колбасы или причудливо переплетающиеся слоновьи хоботы. Ложе океанов содержат следующие структуры: срединно-океанические рифтовые пояса, стабильные области – океанические плиты. ^ Рифтовые пояса (или зоны спрединга) океанов характеризуются резким продольным расчленением на узкие гряды и ложбины на фоне общего пологого поднятия, высоким тепловым потоком и полосовидными аномалиями геомагнитного поля. Спрединг – зона раздвижения океанических литосферных плит. Рифтовые пояса рассекаются многочисленными поперечными трансформными разломами на сегменты, смещённые в плане друг относительно друга. Океанические литосферные плиты движутся в сторону континентов и подныривают под них, образуя зоны субдукции (рис. 1.32). Эти зоны четко просматриваются на границе океанов и континентов в виде океанических впадин (Зондский желоб, Пуэрто-Рико, Марианская впадина).
Промежуточная, или переходная кора, имеет признаки как континентальной, так и океанической коры, в связи с чем различают два ее подтипа: субконтинентальный и субокеанический.^ Субконтинентальная кора состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев. Гранитный слой, в отличие от континентов, имеет существенно сокращенную мощность. Более того, между ним и расположенным ниже базальтовым слоем нет резкой границы. Общая мощность субконтинентальной коры 30 – 35 км. ^ Субокеаническая кора по своему строению тождественна с океанической корой, но отличается значительно увеличенной мощностью осадочного слоя (до 20 км). Гранитный слой практически отсутствует, и с глубиной происходит как бы постепенное уплотнение осадочных пород. Мощность субокеанической коры 30 – 35 км.
19. Атмосфера нашей планеты. Состав, стратификация, циркуляция. Особенности формирования.
Состав земной коры.
Бóльшая часть земной коры не доступна для изучения, потому что она перекрыта более молодыми осадочными породами, скрыта водами морей и океанов и даже если где-то выходит на поверхность, отбор образцов может быть выполнен из относительно небольших толщ. Более того, разнообразие горных пород и минералов и разная степень их участия в строении Земли затрудняют или делают невозможным получение репрезентативных проб. Любые количественные показатели или осредненные данные о химическом и минералогическом составе земной коры представляют грубое приближение к истинной характеристике.
С большей или меньшей степенью достоверности общее представление о химическом составе земной коры было составлено на основании анализа более 5000 проб изверженных (магматических) пород. Установлено, что на 99% она состоит из 12 элементов. Их участие в весовых процентах распределяется следующим образом: кислород (46,6), кремний (27,7), алюминий (8,1), железо (5,0), кальций (3,6), натрий (2,8), магний (2,6), титан (2,1), марганец (0,4), фосфор (0,1), сера и углерод (вместе менее 0,1). Очевидно, что в земной коре преобладает кислород, поэтому 10 наиболее распространенных металлов присутствуют в форме оксидов. Однако обычно минералы, слагающие породы, представлены не простыми, а сложными оксидами, в состав которых входят несколько металлов. Поскольку одним из самых распространенных элементов на Земле является кремний, многие минералы представляют собой разнообразные сложные силикаты. Сочетание минералов в разных количественных пропорциях формирует многообразие горных пород.
Химический состав атмосферы.
Современная атмосфера представляет собой результат медленной и продолжительной утраты в ходе вулканической деятельности и других процессов первоначальной атмосферы Земли. Примерно 3,1–2,7 млрд. лет назад с началом выделения больших количеств углекислого газа и водяных паров появились условия для жизнедеятельности первых растений, осуществляющих процесс фотосинтеза. Большие количества кислорода, выделявшиеся в атмосферу растениями, сначала расходовались на окисление металлов, о чем свидетельствует широкое распространение на земном шаре докембрийских железных руд. 1,6 млрд. лет назад содержание свободного кислорода в атмосфере достигло примерно 1% его современного количества, что позволило зародиться примитивным животным организмам. По-видимому, первозданная атмосфера имела восстановительный характер, тогда как современная, вторичная, атмосфера характеризуется окислительными свойствами. Постепенно ее химический состав менялся благодаря продолжающейся вулканической деятельности и эволюции органического мир
Стратификация атмосферы
распределение температуры воздуха по высоте, характеризуемое вертикальным градиентом температуры γ [1°/100 м]. В тропосфере температура падает с высотой в среднем на 0,6° на каждые 100 м, т. е. γ=0,6°/100 м. Но в каждый отдельный момент γ может отклоняться от этой средней величины, по-разному над каждым местом и в каждом слое тропосферы, причём иногда весьма значительно. Так, в жаркий летний день в приземном слое воздух над почвой нагревается и γ сильно возрастает. Ночью почва выхолаживается благодаря излучению, температура воздуха уменьшается и иногда настолько, что падение температуры с высотой заменяется возрастанием (т. н. приземная инверсия температуры (См. Инверсии температуры)), т. е. γ меняет знак. В свободной атмосфере также обнаруживаются различные значения γ — от 1° на 100 м или несколько выше до сильных инверсий в отдельных слоях. В стратосфере значения γ малы или отрицательны.
От С. а. зависит устойчивость по отношению к вертикальным перемещениям воздуха. Воздух, поднимаясь вверх, охлаждается по определённому закону: сухой или ненасыщенный воздух — в максимальной степени — почти на 1° на каждые100 м подъёма; насыщенный воздух — на меньшую величину (несколько десятых долей градуса на 100 м), т.к. происходит выделение скрытого тепла при конденсации находящегося в воздухе водяного пара. Нисходящий воздух аналогичным образом нагревается. Восходящий воздух будет подниматься по закону Архимеда до тех пор, пока окружающая атмосфера остаётся холоднее его; если он попадает в слой атмосферы более тёплый, чем он сам, восходящее движение прекращается. Нисходящий воздух опускается лишь до тех пор, пока его температура, повышаясь, не выравняется с температурой окружающей атмосферы. Т. о., чем сильнее падение температуры в окружающей атмосфере (т. е. при больших значениях γ, тем интенсивнее конвекция, турбулентное движение и скольжение тёплого воздуха на фронтах атмосферных (См. Фронты атмосферные). Будет ли воздух двигаться вверх или вниз — между ним и окружающей атмосферой будет сохраняться разность температур, поддерживающая или усиливающая вертикальное движение. С. а. в этом случае называется неустойчивой. Напротив, при малых вертикальных градиентах или при инверсиях температуры вертикально движущийся воздух быстро выравнивает свою температуру с температурой окружающей атмосферы и вертикальные движения затухают. С. а. в этом случае называется устойчивой.
Неустойчивая С. а. — необходимое условие для развития облаков конвекции (кучевых и кучево-дождевых) и усиления фронтальной облачности. При устойчивой С. а. преобладает ясное небо или развивается слоистая облачность под слоями инверсий. В стратосфере при неизменности температуры с высотой или при инверсиях С. а. всегда очень устойчива; поэтому конвекция там отсутствует, а турбулентность слаба.
Циркуляция атмосферы — система замкнутых теченийвоздушных масс, проявляющихся в масштабах полушарий или всего земного шара. Подобные течения приводят к переносу вещества и энергии в атмосфере как в широтном, так и в меридиональном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты.
Основная причина циркуляции атмосферы — солнечная энергия и неравномерность её распределения на поверхности планеты, в результате чего различные участки почвы и воздуха имеют различную температуру и, соответственно, различное атмосферное давление (барический градиент). Кроме солнца на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение.
Воздушные течения по своим масштабам изменяются от десятков и сотен метров (такие движения создают локальные ветра) до сотен и тысяч километров, приводя к формированию в тропосферециклонов, антициклонов, муссонов и пассатов. В стратосфере происходят преимущественно зональные переносы (что обуславливает существование широтной зональности). Глобальными элементами атмосферной циркуляции являются так называемые циркуляционные ячейки - ячейка Хадли, ячейка Феррела, полярная ячейка.
20. мировой океан нашей планеты. Состав, стратификация, циркуляция.Особенности формирования
водная оболочка, покрывающая большую часть земной поверхности (четыре пятых в Южном полушарии и более трех пятых - в Северном). Лишь местами земная кора вздымается над поверхностью океана, образуя континенты, острова, атоллы и т.д. Хотя Мировой океан представляет собой единое целое, для удобства исследования отдельным его частям присвоены различные названия: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Наиболее крупные океаны - Тихий, Атлантический и Индийский. Тихий океан (площадь ок. 178,62 млн. км2) имеет в плане округлую форму и занимает почти половину водной поверхности земного шара. Атлантический океан (91,56 млн. км2) имеет форму широкой буквы S, причем его западное и восточное побережья почти параллельны. Индийский океан площадью 76,17 млн. км2 имеет форму треугольника. Северный Ледовитый океан площадью всего 14,75 млн. км2 почти со всех сторон окружен сушей. Как и Тихий, он имеет округлую в плане форму. Некоторые географы выделяют еще один океан - Антарктический, или Южный, - водное пространство, окружающее Антарктиду.Океан и атмосфера. Мировой океан, средняя глубина которого составляет ок. 4 км, содержит 1350 млн. км3 воды. Атмосфера, окутывающая всю Землю слоем толщиной в несколько сотен километров, с гораздо большим основанием, чем Мировой океан, может рассматриваться как "оболочка". И океан и атмосфера представляют собой текучие среды, в которых существует жизнь; их свойства определяют среду обитания организмов. Циркуляционные потоки в атмосфере влияют на общую циркуляцию волы в океанах, а от состава и температуры воздуха в сильной степени зависят свойства океанических вод. В свою очередь, океан определяет основные свойства атмосферы и является источником энергии для многих протекающих в атмосфере процессов. На циркуляцию воды в океане влияют ветры, вращение Земли и барьеры суши.Океан и климат. Хорошо известно, что температурный режим и другие климатические характеристики местности на любой широте могут существенно изменяться по направлению от побережья океана в глубь материка. По сравнению с сушей океан медленнее нагревается летом и медленнее остывает зимой, сглаживая колебания температуры на прилежащей суше. Атмосфера получает от океана значительную часть поступающего к ней тепла и почти весь водяной пар. Пар поднимается, конденсируется, образуя облака, которые переносятся ветрами и поддерживают жизнь на планете, проливаясь в виде дождя или снега. Однако в тепло- и влагообмене участвуют только поверхностные воды; более 95% воды находится в глубинах, где ее температура остается практически неизменной.Состав морской воды. Вода в океане соленая. Соленый вкус придают содержащиеся в ней 3,5% растворенных минеральных веществ - главным образом соединения натрия и хлора - основные ингредиенты столовой соли. Следующим по количеству является магний, за ним следует сера; присутствуют также все обычные металлы. Из неметаллических компонентов особенно важны кальций и кремний, так как именно они участвуют в строении скелетов и раковин многих морских животных. Благодаря тому что вода в океане постоянно перемешивается волнами и течениями, ее состав почти одинаков во всех океанах.Свойства морской воды. Плотность морской воды (при температуре 20° С и солености ок. 3,5%) примерно 1,03, т.е. несколько выше, чем плотность пресной воды (1,0). Плотность воды в океане меняется с глубиной из-за давления вышележащих слоев, а также в зависимости от температуры и солености. В наиболее глубоких частях океана воды обычно солонее и холоднее. Наиболее плотные массы воды в океане могут оставаться на глубине и сохранять пониженную температуру более 1000 лет. Поскольку морская вода имеет низкую вязкость и высокое поверхностное натяжение, она оказывает относительно слабое сопротивление движению корабля или пловца и быстро стекает с различных поверхностей. Преобладающая синяя окраска морской воды связана с рассеянием солнечных лучей взвешенными в воде мелкими частицами. Морская вода гораздо менее прозрачна для видимого света по сравнению с воздухом, но более прозрачна по сравнению с большинством других веществ. Зарегистрировано проникновение солнечных лучей в океан до глубины 700 м. Радиоволны проникают в толщу воды лишь на небольшую глубину, зато звуковые волны могут распространяться под водой на тысячи километров. Скорость распространения звука в морской воде колеблется, составляя в среднем 1500 м в секунду. Электропроводность морской воды примерно в 4000 раз выше, чем электропроводность пресной воды. Высокое содержание солей препятствует ее использованию для орошения и полива сельскохозяйственных культур. Для питья она также непригодна.ОБИТАТЕЛИ МОРЯЖизнь в океане необычайно разнообразна - там обитает более 200 000 видов организмов. Некоторые из них, например кистеперая рыба целакант, представляют собой живые ископаемые, предки которых процветали здесь более 300 млн. лет назад; другие появились совсем недавно. Большая часть морских организмов встречается на мелководье, куда проникает солнечный свет, способствующий процессу фотосинтеза. Благоприятны для жизни зоны, обогащенные кислородом и питательными веществами, например, нитратами. Широко известно такое явление, как "апвеллинг" (англ. upwelling), - поднятие к поверхности глубинных морских вод, обогащенных питательными веществами; именно с ним связано богатство органической жизни у некоторых побережий. Жизнь в океане представлена самыми различными организмами - от микроскопических одноклеточных водорослей и крошечных животных до китов, превышающих в длину 30 м и превосходящих по размерам любое животное, жившее когда-либо на суше, включая самых крупных динозавров. Океаническая биота делится на следующие основные группы. Планктон представляет собой массу микроскопических растений и животных, не способных к самостоятельному передвижению и обитающих в приповерхностных хорошо освещенных слоях воды, где они образуют плавучие "кормовые угодья" для более крупных животных. Планктон состоит из фитопланктона (включающего такие растения, как диатомовые водоросли) и зоопланктона (медузы, криль, личинки крабов и пр.). Нектон состоит из свободно плавающих в толще воды организмов, преимущественно хищных, и включает более 20 000 разновидностей рыб, а также кальмаров, тюленей, морских львов, китов. Бентос состоит из животных и растений, обитающих на дне океана или вблизи него, как на больших глубинах, так и на мелководье. Растения, представленные различными водорослями (например, бурыми), встречаются на мелководье, куда проникает солнечный свет. Из животных следует отметить губок, морских лилий (одно время считавшихся вымершими), плеченогих и др.Пищевые цепи. Более 90% органических веществ, составляющих основу жизни в море, синтезируется при солнечном освещении из минеральных веществ и других компонентов фитопланктоном, в изобилии населяющим верхние слои водной толщи в океане. Некоторые организмы, входящие в состав зоопланктона, поедают эти растения и в свою очередь являются источником пищи для более крупных животных, обитающих на большей глубине. Тех поедают более крупные животные, живущие еще глубже, и такая закономерность прослеживается до самого дна океана, где наиболее крупные беспозвоночные, например стеклянные губки, получают необходимые им питательные вещества из остатков отмерших организмов - органического детрита, опускающегося на дно из вышележащей толщи воды. Однако известно, что множество рыб и другие свободно передвигающиеся животные сумели приспособиться к экстремальным условиям высокого давления, низкой температуры и постоянной темноты, характерных для больших глубин.ВОЛНЫ, ПРИЛИВЫ, ТЕЧЕНИЯКак и вся Вселенная, океан никогда не остается в покое. Разнообразные природные процессы, в том числе такие катастрофические, как подводные землетрясения или извержения вулканов, вызывают движения океанических вод.Волны. Обычные волны вызываются ветром, дующим с переменной скоростью над поверхностью океана. Сначала возникает рябь, затем поверхность воды начинает ритмично подниматься и опускаться. Хотя водная поверхность при этом вздымается и опускается, отдельные частицы воды движутся по траектории, представляющей собой почти замкнутый круг, практически не испытывая смещения по горизонтали. По мере усиления ветра волны становятся выше. В открытом море высота гребня волны может достигать 30 м, а расстояние между соседними гребнями - 300 м. Подходя к берегу, волны образуют буруны двух типов - ныряющие и скользящие. Ныряющие буруны характерны для волн, зародившихся в удалении от берега; они имеют вогнутый фронт, их гребень нависает и обрушивается, как водопад. Скользящие буруны не образуют вогнутого фронта, и снижение волны происходит постепенно. В обоих случаях волна накатывается на берег, а затем откатывается обратно. Катастрофические волны могут возникать в результате резкого изменения глубины морского дна при образовании сбросов (цунами), при сильных штормах и ураганах (штормовые волны) или при обвалах и оползнях береговых обрывов. Цунами могут распространяться в открытом океане со скоростью до 700-800 км/ч. При приближении к берегу волна цунами тормозится, одновременно увеличивается ее высота. В результате на берег накатывается волна высотой до 30 м и более (относительно среднего уровня океана). Цунами обладают огромной разрушительной силой. Хотя больше всего от них страдают районы, находящиеся вблизи таких сейсмически активных зон, как Аляска, Япония, Чили, волны, приходящие от удаленных источников, могут причинить значительный ущерб. Подобные волны возникают при взрывных извержениях вулканов или обрушении стенок кратеров, как, например, при извержении вулкана на о.Кракатау в Индонезии в 1883. Еще более разрушительными могут быть штормовые волны, порожденные ураганами (тропическими циклонами). Неоднократно подобные волны обрушивались на побережье в вершинной части Бенгальского залива; одна из них в 1737 привела к гибели примерно 300 тыс. человек. Сейчас благодаря значительно усовершенствованной системе раннего оповещения имеется возможность заранее предупреждать население прибрежных городов о приближающихся ураганах. Катастрофические волны, вызванные оползнями и обвалами, относительно редки. Они возникают в результате падения крупных блоков породы в глубоководные заливы; при этом происходит вытеснение огромной массы воды, которая обрушивается на берег. В 1796 на о. Кюсю в Японии сошел оползень, имевший трагические последствия: порожденные им три огромные волны унесли жизни ок. 15 тыс. человек.Приливы. На берега океана накатываются приливы, в результате чего уровень воды поднимается на высоту 15 м и более. Основной причиной приливов на поверхности Земли является притяжение Луны. В течение каждых 24 ч 52 мин происходят два прилива и два отлива. Хотя эти колебания уровня заметны только у берегов и на отмелях, известно, что они проявляются и в открытом море. Приливами обусловлены многие очень сильные течения в прибрежной зоне, поэтому для безопасной навигации морякам необходимо пользоваться специальными таблицами течений. В проливах, соединяющих Внутреннее море Японии с открытым океаном, приливо-отливные течения достигают скорости 20 км/ч, а в проливе Симор-Нарроус у берегов Британской Колумбии (о.Ванкувер) в Канаде зарегистрирована скорость ок. 30 км/ч. Течения в океане могут также создаваться волнением. Прибрежные волны, подходящие к берегу под углом, вызывают относительно медленные вдольбереговые течения. Там, где течение отклоняется от берега, его скорость резко возрастает - образуется разрывное течение, которое может представлять опасность для пловцов. Вращение Земли заставляет крупные океанические течения двигаться по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки - в Южном. С некоторыми течениями связаны самые богатые рыболовные угодья, например в районе Лабрадорского течения у восточных берегов Северной Америки и Перуанского течения (или Гумбольдта) у берегов Перу и Чили. Мутьевые течения относятся к наиболее сильным течениям в океане. Они вызываются перемещением большого объема взвешенных наносов; эти наносы могут быть принесены реками, явиться результатом волнения на мелководье или образоваться при сходе оползня по подводному склону. Идеальные условия для зарождения таких течений существуют в вершинах подводных каньонов, расположенных вблизи берега, особенно при впадении рек. Такие течения развивают скорость от 1,5 до 10 км/ч и временами повреждают подводные кабели. После землетрясения 1929 с эпицентром в районе Большой Ньюфаундлендской банки многие трансатлантические кабели, соединявшие Северную Европу и США, оказались поврежденными, вероятно, вследствие сильных мутьевых течений.БЕРЕГА И БЕРЕГОВЫЕ ЛИНИИНа картах хорошо видно необычайное разнообразие очертаний берегов. В качестве примеров можно отметить берега, изрезанные заливами, с островами и извилистыми проливами (в шт. Мэн, на юге Аляски и в Норвегии); берега относительно простых очертаний, как на большей части западного побережья США; глубоко проникающие и ветвящиеся заливы (например, Чесапикский) в средней части атлантического побережья США; выступающий низменный берег Луизианы около устья р.Миссисипи. Подобные примеры могут быть приведены для любой широты и любой географической или климатической области.Эволюция берегов. Прежде всего проследим, как менялся уровень моря за последние 18 тыс. лет. Как раз перед этим большая часть суши в высоких широтах была покрыта огромными ледниками. По мере таяния этих ледников талые воды поступали в океан, в результате чего его уровень поднялся примерно на 100 м. При этом оказались затопленными многие устья рек - так образовались эстуарии. Там, где ледники создали долины, углубленные ниже уровня моря, образовались глубокие заливы (фьорды) с многочисленными скалистыми островами, как, например, в береговой зоне Аляски и Норвегии. При наступании на низменные побережья море также затопляло речные долины. На песчаных побережьях в результате волновой деятельности сформировались низкие барьерные острова, вытянутые вдоль берега. Такие формы встречаются у южного и юго-восточного берегов США. Иногда барьерные острова образуют аккумулятивные выступы берега (например, мыс Хаттерас). В устьях рек, несущих большое количество наносов, возникают дельты. На тектонических блоковых берегах, испытывающих поднятия, которые компенсировали подъем уровня моря, могут образоваться прямолинейные абразионные уступы (клифы). На о.Гавайи в результате вулканической деятельности в море стекали лавовые потоки и формировались лавовые дельты. Во многих местах развитие берегов протекало таким образом, что заливы, образовавшиеся при затоплении устьев рек, продолжали существовать - например, Чесапикский залив или заливы на северо-западном побережье Пиренейского п-ова. В тропическом поясе подъем уровня моря способствовал более интенсивному росту кораллов с внешней (морской) стороны рифов, так что с внутренней стороны образовывались лагуны, отделяющие от берега барьерный риф. Подобный процесс происходил и там, где на фоне подъема уровня моря происходило погружение острова. При этом барьерные рифы с внешней стороны частично разрушались во время штормов, и обломки кораллов нагромождались штормовыми волнами выше уровня спокойного моря. Кольца рифов вокруг погрузившихся вулканических островов образовали атоллы. В последние 2000 лет поднятие уровня Мирового океана практически не отмечается. Пляжи всегда высоко ценились человеком. Они сложены преимущественно песком, хотя встречаются также галечные и даже мелковалунные пляжи. Иногда песок представляет собой измельченные волнами раковины (т.н. ракушечный песок). В профиле пляжа выделяются наклонная и почти горизонтальная части. Угол наклона прибрежной части зависит от слагающего ее песка: на пляжах, сложенных тонким песком, фронтальная зона наиболее пологая; на пляжах из крупнозернистого песка уклоны несколько больше, а наиболее крутой уступ образуют галечные и валунные пляжи. Тыловая зона пляжа находится обычно выше уровня моря, но порой огромные штормовые волны заливают и ее.
Различают несколько типов пляжей. Для берегов США наиболее типичны протяженные, относительно прямолинейные пляжи, окаймляющие с внешней стороны барьерные острова. Для таких пляжей характерны вдольбереговые ложбины, где могут развиваться опасные для пловцов течения. С внешней стороны ложбин находятся вытянутые вдоль берега песчаные бары, где и происходит разрушение волн. При сильном волнении здесь часто возникают разрывные течения. Скалистые берега неправильных очертаний обычно образуют множество мелких бухточек с небольшими изолированными участками пляжей. Эти бухточки часто бывают защищены со стороны моря выступающими над поверхностью воды скалами или подводными рифами. На пляжах обычны образования, созданные волнами, - пляжевые фестоны, знаки ряби, следы волнового заплеска, промоины, образующиеся при стоке воды во время отлива, а также следы, оставленные животными. При размыве пляжей во время зимних штормов песок перемещается по направлению к открытому морю или вдоль берега. При более спокойной погоде летом на пляжи поступают новые массы песка, принесенные реками или образовавшиеся при размыве волнами береговых уступов, и таким образом происходит восстановление пляжей. К сожалению, этот компенсационный механизм часто нарушается вмешательством человека. Строительство плотин на реках или сооружение берегоукрепительных стенок препятствует поступлению на пляжи материала взамен размытого зимними штормами. Во многих местах песок переносится волнами вдоль берега, преимущественно в одном направлении (т.н. вдольбереговой поток наносов). Если береговые сооружения (дамбы, волноломы, пирсы, буны и т.п.) преграждают этот поток, то пляжи "выше по течению" (т.е. расположенные с той стороны, откуда происходит поступление наносов) либо размываются волнами, либо расширяются за счет поступления наносов, тогда как пляжи "ниже по течению" почти не подпитываются новыми отложениями.Субполярный тип изменения температуры воды по вертикали наблюдается в переходной области от весьма специфической полярной термической стратификации к типу стратификации тропических и субтропических широт. Он имеет три подтипа, для которых характерны общие черты, определяющиеся однородностью физических процессов. Из них главным является интенсивное опускание поверхностных вод, результате чего здесь формируются промежуточные водные массы. Этому благоприятствуют относительно небольшие вертикальные градиенты температуры воды в верхнем слое толщиной 1000-1500 м. Опускание вызывается как наличием океанических фронтов (полярного и субполярного), так и уплотнением вод, связанным с охлаждением тропических вод, вторые выносятся течениями в высокие широты.Сильное охлаждение субполярных областей приводит к интенсивной зимней конвекции. В некоторых районах следы ее сохраняются в виде холодного промежуточного слоя в течение всего лета. В области распространения субполярного типа зимой в поверхностных водах толщиной 200-300 м устанавливается гомотермия с температурой, близкой к минимальному ее значению на поверхности в данном месте. Поскольку этот тип является переходным, с ростом широты уменьшается температура и толщина подповерхностного холодного слоя в тех местах, где он сохраняется в теплое время года.Умеренно тропический тип изменения температуры воды по вертикали является наиболее распространенным. Он прослеживается от субантарктического океанического фронта до субарктического. Вертикальные кривые температуры во всей этой обширнейшей части Мирового океана очень сходны. Как уже выше указывалось, рассматриваемый тип термической стратификации отличается большими вертикальными градиентами в поверхностной структурной зоне и несколько меньшими в промежуточной. Ниже 1500-2000 м при медленном понижении температуры воды вертикальные градиенты оказываются очень небольшими. Изменения температуры воды в течение года сравнительно невелики и постепенно уменьшаются к экватору.Стратификация поля солености. Изменение по вертикали солености отличается значительно большим разнообразием, чем температуры. В Мировом океане выделено восемь типов изменения солености по вертикали с подразделением большинства их на подтипы. Двум таким типам - полярному и субполярному - свойственно увеличение солености от поверхности  океана ко дну. Для трех типов - умеренно тропического, тропического и экваториального - характерно наличие прослойки  с пониженной соленостью, связанной с распространением промежуточных водных масс субполярного происхождения; выше и ниже этой прослойки соленость увеличивается. Эти пять типов изменения солености по вертикали широко распространены в Мировом океане, стальные три типа встречаются в отдельных районах, что связано со специфическим влиянием факторов, определяющих соленость воды.
Во всех выделенных типах соленость значительно изменяется в верхней части океана в слое толщиной около 1500-2000 м. Однако различие между типами кривых солености в поверхностной структурной зоне еще больше, чем между типами кривых температуры. Промежуточная прослойка с пониженной или повышенной соленостью отмечается у всех типов, кроме полярного и субполярного. Поэтому расслоение вод значительно ярче проявляется по солености повсеместно, исключая высокие широты, где более стратифицировано поле температуры.Для полярных районов характерна весьма однородная соленость при значительном опреснении поверхностных вод. На глубине 300-500 м соленость увеличивается примерно до 35‰, оставаясь приблизительно такой же в промежуточной, глубинной и придонной зонах.Субполярному типу изменения солености свойственна та же общая закономерность, что и полярному, однако опресняющее влияние поверхностных вод в результате интенсивного их опускания сказывается на большую глубину.  Вместе с тем пределы изменения солености с глубиной меньше. В среднем соленость примерно от 33,5‰ на поверхности океана постепенно увеличивается с глубиной; ниже 1500-2000 м она составляет 34,60—34,70‰.Умеренно тропический тип изменения солености  встречается в тропических и субтропических широтах, где высокая соленость у поверхности океана связана с превышением испарения над осадками и опресненная прослойка    создается промежуточными водными массами субполярного происхождеиия. По средним данным максимальная соленость (выше 35‰) наблюдается в поверхностной структурной зоне (в слое толщиной около 200 м). Факторы, обусловливающие осолонение вод, оказывают непосредственное воздействие только на поверхностный слой океана. Поэтому с глубиной соленость довольно быстро понижается, достигая своего минимума у оси промежуточной водной массы. На глубине 800-1000 м она составляет в среднем 34,45‰. С переходом к глубинным водам соленость постепенно повышается до 34,75‰ на 2500-3000 м. Затем она едва заметно понижается ко дну в менее соленых придонных водах антарктического происхождения. Таким образом, при более детальном рассмотрении изменения солености с глубиной у этого типа обнаруживается второй максимум (на 3000 м)  и минимум (у дна), несравненно меньшие по своей величине, чем основной максимум на поверхности и минимум в промежуточном слое.Тропический тип изменения солености вод по вертикали имеет такую же опресненную прослойку. Он отличается от умеренно тропического типа подповерхностным слоем высокой солености. Образование последнего связано с опусканием в низких широтах с поверхности вод высокой солености, которые затем перемещаются в горизонтальной плоскости. Такая высокосоленая прослойка прослеживается в той части тропических областей, где на поверхности океанов отмечается уменьшение солености, связанное с преобладанием осадков над испарением.
Экваториальный тип изменения солености по вертикали благодаря особенно обильным осадкам, наиболее широко распространен в Тихом океане, где он занимает полосу около 15° по меридиану, а в крайней восточной части океана - даже более 20°. Опреснение затрагивает самый верхний слой воды, поэтому соленость с удалением от поверхности океана быстро увеличивается и на глубине 150-200 м достигает максимальных значений.
21. гипотезы происхождения живого вещества нашей планеты
Проблема происхождения жизни является одной из наиболее важных и сложных в современном естествознании. Мы уже говорили о том, что живая природа является настолько более высоким качественным уровнем организации материи по сравнению с неживой природой, что появление жизни во Вселенной представляет собой настоящую загадку или даже тайну. Поскольку мы имеем дело только с жизнью на Земле, и нам ничего не известно о каких-либо других, внеземных формах живой природы, то когда говорят о происхождении жизни во Вселенной, подразумевают, конечно же, ее происхождение на Земле, или, иначе говоря, вопрос о происхождении жизни рассматривается относительно земных форм живой материи. Существует несколько гипотез происхождения жизни. Одну из них трудно назвать гипотезой, поскольку она представляет собой религиозную точку зрения на происхождение живого, т.е. для религии является не гипотезой (вероятностным предположением), а несомненным, достоверным, истинным знанием (конечно же, богооткровенным и иррациональным). Однако для науки религиозная точка зрения на происхождение жизни представляет собой именно гипотезу (причем ненаучную). Религиозная версия происхождения живой природы, равно как и неживой, обычно называется креационизмом (от лат. creatio — созидание). Согласно этой идее жизнь есть результат божественного творения мира за шесть дней. Как уже говорилось, креационизм не имеет прямого отношения к науке, но, будучи одной из точек зрения на происхождение жизни, не может быть оставлен без внимания при обсуждении данной проблемы. Другая гипотеза происхождения живого, которая характерна, прежде всего, для древней науки, чаще всего называется абиогенезом (от греч. a — не, bios — жизнь, genos, genesis — происхождение). По этой гипотезе живое спонтанно и самопроизвольно может возникать из неживого в течение незначительного времени. Издавна люди видели, как на гниющем мясе или пищевых отходах через какое-то время появляются маленькие белые червячки, а на мусорных свалках — мыши и крысы. Такого рода наблюдения вполне могли навести на мысль о том, что объекты неживой природы могут порождать различные формы жизни. Гипотезы абиогенеза придерживался Аристотель, который полагал, что определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Так он считал, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, а также присутствует в солнечном свете, тине и гниющем мясе. «Таковы факты, — писал Аристотель, — живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы. Так же обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы самозарождаются под действием всей природы, возникая из разлагающейся земли или определенных частей растений». По Аристотелю какой-либо существенной границы между живой и неживой природой не существует: «…природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавной последовательностью, поместив между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между соседними группами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия». Гипотеза абиогенеза, появившаяся еще в эпоху Древнего мира, не утратила своего значения и в более поздний период — Возрождения и Нового времени. Так голландский естествоиспытатель Ян Гельмонт, живший на рубеже XVI—XVII вв., описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого были нужны, по его утверждению, грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Гельмонт считал человеческий пот. Однако в естествознании Нового времени гипотеза абиогенеза подверглась серьезной критике. В конце XVII в. итальянский биолог и врач Франческо Реди, усомнившись в возможности самопроизвольного возникновения жизни из неживого вещества, поставив ряд экспериментов, установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, — это личинки мух. «Убежденность была бы тщетной, — писал Реди, — если бы ее нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому в середине июля я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой — немного рыбы, в третий — угрей… в четвертый — кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми… Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервили; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней после того, как в них была положена дохлая рыба». Эксперименты Франческо Реди позволили ему сделать вывод о том, что жизнь не может самопроизвольно зародиться из неживого, а возникает только из предшествующей жизни. Эта идея, противостоящая концепции абиогенеза, получила название биогенеза (от греч. bios — жизнь, genos, genesis — происхождение). В 1765 г. итальянский ученый Ладзаро Спалланцани поставил опыты, подтверждающие справедливость идеи биогенеза. Он подвергнул мясные и овощные отходы кипячению в течение нескольких часов, после чего сразу же герметично запечатал их и снял с огня. Когда Спалланцани исследовал жидкости через несколько дней, то не обнаружил в них никаких признаков жизни. Из этого он сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых существ, без которых ничто живое уже не могло возникнуть. Эксперименты известного французского ученого XIX в. Луи Пастера, в основе которых лежали методы Ладзаро Спалланцани, показали, что бактерии вездесущи, и неживые объекты, если их не стерилизовать должным образом, легко могут быть заражены живыми существами. Опыты Пастера окончательно подтвердили концепцию биогенеза и опровергли гипотезу абиогенеза. Однако идею биогенеза нельзя назвать одной из гипотез происхождения жизни, потому что она всего лишь отрицает возможность спонтанного самозарождения живых организмов из неживого вещества, но ничего не говорит о том, каким образом или откуда появляется живое. Наиболее распространенной и признаваемой в научной среде является гипотеза биохимической эволюции, один из представителей которой, известный отечественный ученый А.И. Опарин, выдвинул идею о том, что жизнь на Земле представляет собой естественный результат длительного прогрессивного, или восходящего развития материи от низших и простых форм к более высоким и сложным. Вспомним, одной их характерных особенностей современного естествознания является синергетика — теория самоорганизации различных материальных систем. В свете синергетики материя способна не только к самоупрощению, деградации и распаду, но и к самоусложнению, или саморазвитию. Следуя синергетическому видению природы, вполне возможно предположить, что в результате длительной эволюции (протяженностью в сотни миллионов лет) из неорганических веществ путем постепенного самоусложнения возникли более сложные — органические (углеродосодержащие) соединения, которые, в свою очередь, путем дальнейшего длительного самоусложнения привели к появлению первых простейших форм жизни, эволюционировавших далее к более развитым и сложным ее формам. Таким образом, согласно гипотезе биохимической эволюции, жизнь на Земле возникла из неживого вещества. Возникает вопрос: чем отличается это предположение от рассмотренной выше гипотезы абиогенеза, которая также утверждает, что живое естественным образом происходит от неживого? Вспомним, в гипотезе абиогенеза речь идет о том, что жизнь самопроизвольно возникает из неживых объектов: во-первых, многократно, а, во-вторых, в течение незначительного периода времени (например, за несколько дней). По гипотезе биохимической эволюции живое также появляется из неживого, но, во-первых, единожды, или однократно, а, во-вторых, это происходит медленно и постепенно, на протяжении сотен миллионов лет. Несмотря на широкое распространение гипотезы биохимической эволюции в научной среде, она разделяется далеко не всеми учеными. В качестве основного аргумента ее противники подчеркивают неизмеримо более высокий и качественно новый уровень организации живой природы по сравнению с неживой, в силу которого первая не сводима ко второй, и не выводится из нее. Также они справедливо указывают на то, что гипотеза биохимической эволюции, по большому счету, не объясняет, как произошел качественный скачок от неживого к живому. Так один из основоположников современной молекулярной биологии, английский ученый Фрэнсис Крик на Бюраканском симпозиуме в сентябре 1971г. сказал: «Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение жизни — чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании». Здесь необходимо уточнить, что «первичным бульоном», в котором могла возникнуть жизнь, согласно гипотезе биохимической эволюции, обозначается совокупность органических веществ, накопившихся в древних океанах Земли. Еще одной гипотезой происхождения жизни является концепция панспермии (от греч. pan — весь, все и sperma — семя), по которой жизнь на Земле является частным случаем жизни во Вселенной. Представители гипотезы панспермии утверждают, что жизнь во Вселенной существует чуть ли не вечно: мельчайшие «семена» живого (споры, вирусы, бактерии) переносятся в ее бескрайних просторах на частицах космической пыли и, попадая на планеты с благоприятными для жизни условиями, «прорастают», давая начало дальнейшему развитию различных форм живых организмов. Современные исследования в космосе позволяют утверждать, что вероятность обнаружения жизни в пределах Солнечной системы ничтожно мала, однако они не дают никаких сведений о возможности существования каких-либо живых организмов за ее пределами. При изучении материала метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» — такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на Землю. Кометы содержат воду и органическое вещество, являющееся превосходной питательной средой для некоторых видов микроорганизмов. Исследования комет показали, что в них неопределенно долго могут сохраняться почти все формы микроорганизмов, известных в настоящее время на Земле. В пользу гипотезы панспермии косвенно свидетельствует способность некоторых живых организмов к анабиозу (от греч. anabiosis — оживление), т.е. временному прекращению всех видимых проявлений жизни при воздействии неблагоприятных условий окружающей среды. Живой организм в состоянии анабиоза подобен неживому объекту, однако при появлении благоприятных условий он вновь «становится» живым. Например, прекращение жизненных процессов при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов не ведет к потере жизнеспособности. Если структура сохраняется неповрежденной, то она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов. Таким образом, вполне возможно, что рассеянные во Вселенной «семена» жизни, впадая в анабиоз, могут существовать сколь угодно длительное время, не подвергаясь при этом неблагоприятным, или губительным космическим условиям в виде высокой или низкой температуры, отсутствия влаги, радиоактивного излучения и т.п. Нечто подобное тому, о чем говорит гипотеза панспермии, происходит в уменьшенном масштабе в окружающей нас живой природе Земли: семена растений беспорядочно и произвольно распространяются в земном пространстве и, попадая в благоприятные условия, дают новые всходы. Однако, как мы уже знаем, жизнь растений может иметь и другую основу, которая заключается не в хаотичном и естественном самораспространении, а в организованной, сознательной и целенаправленной деятельности человека по выращиванию нужных ему культур. Семена растений не произвольно прорастают где и как попало, а с определенными целями высаживаются людьми. Почему бы не предположить, что нечто подобное имеет место и в масштабах Вселенной? Разновидностью концепции панспермии является гипотеза направленной панспермии, по которой «семена» жизни были некогда целенаправленно доставлены на Землю представителями неизвестных нам высокоразвитых цивилизаций. По крайней мере, невозможно однозначно утверждать, что жизнь во Вселенной существует только на Земле, и нигде больше. Не исключено, что она может многократно возникать в разное время и в различных частях галактики или Вселенной. Также не исключено, что где-то жизнь появилась намного раньше, чем на Земле, имеет совершенно иную качественную основу и по уровню своего развития давно превзошла все формы земной жизни, включая человека разумного и всю созданную им вторую (искусственную) природу со всеми ее колоссальными техническими приспособлениями, достижениями и успехами. Возможно, что представители этой высокоразвитой и неведомой нам жизни не только каким-то образом влияют на различные земные формы живой природы, но и вообще планомерно руководят ими от момента их зарождения до современного состояния. Насколько бы невероятной и фантастической, на первый взгляд, не казалась эта гипотеза, ее придерживаются некоторые известные современные ученые. Например, уже упоминавшийся нами английский ученый Фрэнсис Крик, расшифровавший код ДНК и получивший за эту работу Нобелевскую премию, полагает, что «… Мыслящее Существо (homo sapiens) служит только орудием, упаковкой, неким космобусом для распространяющегося Истинного Разума, скрывающегося в разумной и победоносной крупинке рибонуклеиновой кислоты. Это ДНК творит цивилизацию! Наше тело и разум вместе с их физическими и духовными «усилителями» — это только орудия того (занесенного, очевидно, несколько миллионов лет назад на нашу Землю) зародыша, который имеет задачу овладеть нашей Галактикой или нашей частью Вселенной. А в дальнейшем будущем — встреча с Теми, которые его занесли на нашу Землю…». Доводом в пользу этой гипотезы служит наличие в белке молибдена в количестве непропорционально большем, чем имеется его на Земле, что может свидетельствовать о космическом генезисе ДНК и жизни на нашей планете. При таком взгляде человек является как бы искусственным знаком, запрограммированным космическим сообщением, подтверждающим возможность жизни в космосе. Обратим внимание на высказывание известного отечественного ученого И.С. Шкловского, который признает небезосновательность гипотезы направленной панспермии: «…нельзя исключить возможность того, что жизнь на некоторых планетах может иметь искусственное происхождение. Небезынтересно в порядке гипотезы обсудить возможность занесения живых спор и микроорганизмов во время посещения безжизненной планеты недостаточно стерилизованным инопланетным космическим кораблем. Можно также высказать гипотезу гораздо более радикального свойства: жизнь на некоторых планетах могла возникнуть как результат сознательного эксперимента высокоорганизованных космонавтов, некогда посетивших эти планеты, которые в те времена были безжизненны. Можно даже предположить, что подобное «насаждение жизни», так сказать, «в плановом порядке» является нормальной практикой высокоразвитых цивилизаций, разбросанных в просторах Вселенной. Вместо того, чтобы пассивно ожидать «естественного», самопроизвольного возникновения жизни на подходящей планете — процесса, возможно, весьма маловероятного, высокоразвитые галактические цивилизации как бы планомерно сеют посевы жизни во Вселенной… Если это так, то вероятность обитаемости планетных систем в Галактике может быть увеличена на много порядков. Наконец, чтобы быть последовательным, нужно еще учитывать возможность заселения планет, на которых существуют подходящие условия, разумными существами — искусственными или естественными». Таковы основные гипотезы происхождения жизни. Как видим, данная проблема является достаточно сложной и пока еще весьма далека от своего окончательного и общепризнанного научного решения, которое остается делом будущего. Дальнейшее развитие естествознания, несомненно, прольет больший свет на вопрос о происхождении жизни на Земле и, возможно, во Вселенной.
22 гиперциклы Эйгена как обоснования абиогенеза
М. Эйген выдвинул концепцию образования упорядоченных макромолекул из неупорядоченного вещества на основе матричной репродукции и естественного отбора. Он начинает с того, что дарвинский принцип естественного отбора (ЕО) – единственный понятный нам способ создания новой информации. Если имеется система самовоспроизводящихся единиц, которые строятся из материала, поступающего в ограниченном количестве из единого источника, то в ней с неизбежностью возникает конкуренция и, как её следствие, ЕО. Эволюционное поведение, управляемое ЕО, основано на самовоспроизведении с «информационном шумом» (изменениями). Наличие этих двух физических свойств достаточно, что бы стало принципиально возможным возникновение системы с прогрессирующей степенью сложности.
Итак, Эйгену «всего-навсего» осталось найти реальный класс химических реакций, компоненты которых вели бы себя подобно дарвинским видам, т. е. обладали бы способностью «отбираться» и, соответственно, эволюционировать в сторону увеличения сложности организации. Именно таким свойством обладают нелинейные автокаталитические цепи, названные им гиперциклами.
Гиперциклы, одним из простейших примеров которых является размножение РНК-содержащего вируса в бактериальной клетке, обладают рядом уникальных свойств, порождающих дарвинское поведение системы. Гиперцикл конкурирует с любой самовоспроизводящейся единицей, не являющейся его членом. Он не может стабильно сосуществовать и с другими гиперциклами, если только не объединён с ними в автокаталитический цикл следующего, более высокого порядка. Состоя из самостоятельных самовоспроизводящихся единиц, он обладает и интегрирующими свойствами. Таким образом, гиперцикл объединяет эти единицы в систему, способную к согласованной эволюции, где преимущества одного индивида могут использоваться всеми её членами, причём система как целое продолжает интенсивно конкурировать с любой единицей иного состава.
Эта концепция, в частности, вполне удовлетворительно описывает возникновение на основе взаимного катализа системы «нуклеиновая кислота-белок» - решающие событие в процессе возникновения жизни на Земле. Вместе с тем сам Эйген подчёркивает, что в ходе реальной эволюции гиперцикл вполне мог «вымереть».
Однако на процесс возникновения жизни можно посмотреть и с несколько иной позиции, не биохимической, а геохимической, как это делает, например, А. С. Раутиан. Мы уже говорили о том, что с общепланетарной точки зрения жизнь – это способ упорядочения и стабилизации геохимических круговоротов; откуда же берётся сам геохимический круговорот?
Открытый космос холоден (лишь на 4 0С теплее абсолютного нуля) потому, что концентрация вещества в нём ничтожно мала,и звёздам просто нечего нагревать; по этой же самой причине Вселенная прозрачна, и мы видим небесные светила. В то же время любая планета, будучи непрозрачной. Аккумулирует часть энергии, излучаемой центральным светилом, и нагревается, и тогда между нагретой планетой и холодным космосом возникает температурный градиент (ТГ). Если планета обладает при этом достаточно подвижной газообразной или жидкой оболочкой, то ТГ с неизбежностью порождает в ней – просто за счёт конвекции – физико-химический круговорот. В этот круговорот с неизбежностью же вовлекается и твёрдая оболочка планеты, в результате чего возникает глобальный геохимический цикл – прообраз биосферы.
Итак, движущей силой геохимических круговоротов является в конечном счёте энергия центрального светила в форме ТГ. Поэтому элементарные геохимические циклы существуют в условиях периодического падения поступающей в них энергии – в те моменты, когда они в результате вращения планеты оказываются на её теневой стороне, где ТГ меньше. Эта ситуация должна порождать отбор круговоротов на стабильность, т. е. на их способность поддерживать собственную структуру. Наиболее же стабильными окажутся те круговороты, что «научатся» запасать энергию во время световой фазы цикла, с тем, чтобы расходовать её во время теневой. Другим параметром отбора круговоротов, очевидно, должно быть увеличение скорости оборота вовлечённого в них вещества; здесь выигрывать будут те из круговоротов, что обзаведутся наиболее эффективными катализаторами. В конкретных условиях Земли такого рода преимущества будут иметь круговороты, что происходят при участии высокомолекулярных соединений углерода.
Итак, жизнь в форме химической активности означенных соединений оказывается стабилизатором и катализатором уже существующих на планете геохимических циклов; циклы при этом «крутятся» за счёт внешнего источника энергии. Это напоминает автокаталитическую систему, которая обладает потенциальной способностью к саморазвитию и прежде всего к совершенствованию самих катализаторов-интермедиантов. Отсюда становится понятным парадоксальный вывод, к которому независимо друг от друга приходили такие исследователи, как Дж. Бернал и М. М. Камшилов: жизнь как явление должна предшествовать появлению живых существ.
23. катархей и архей. Особенности геологического развития Земли в эти эпохи.
Катархей приходится архею своеобразным предком. Он представляет собой отрезок геологического времени эона. Именно после него архей начал свое «правление». Верхняя часть внутренностей Земли расплавилась, естественно произошел перегрев. Впоследствии этого в геосфере возник магматический океан, и вся поверхность нашей планетой погрузилась в данный расплав. Кстати та же участь ожидала и литосферу. Это можно объяснить тем, что в эру катархеи отсутствовала геологическая летопись. Именно катархейский период является самым древним. Согласно результатам исследований он начал свое существование 4,57 млрд. лет назад и длился на протяжении 770 миллионов лет. В древней литературе историки и шаманы описывали процессы, которые по их данным происходили в то время. Так вот в первые годы жизни на Земле начала активно развиваться вулканическая деятельность, а по истечении некоторого времени и гидротермальная. По поводу этого ученые расходятся во мнениях. В принципе, последние исследования показали, что живые существа начала свое зарождение из гидротермальных источников. Однако другие данные опровергают эту мысль. В катархейскую эру на Земле были лишь те ландшафты, на которых царила холодная и суровая пустыня, небо при этом было черным, поскольку атмосфера была очень разреженной, и это влекло за собой последствия. Если температура низкая, то значит, что Солнце грело слабо – в 4 раза хуже, нежели сейчас. К тому же диск спутника нашей планеты был намного больше, чем сегодня. Расстояние от него до Земли составляло 17 тысяч километров.Рельеф по виду не очень впечатлял, он был похож не на Землю, а на Луну, которую изрядно «побили» метеориты. Но, тем не менее, участки поверхности нашей планеты в то время не были острыми, поскольку интенсивные приливные землетрясения сглаживали рельеф. Поверхность Земли в катархейскую эру имела серый окрас и покрывалась огромным слоем реголита. В те времена не было вулканов, которые извергали лаву на поверхность недавно зародившейся планеты. Кроме этого отсутствовали водяные пары и газовые фонтаны. Возможно, вы удивитесь, но плотной атмосферы и гидросферы тогда еще не было в помине. Хотя нужно заметить, что водяные пары все-таки существовали, но длительность их жизни составляла всего доли секунды, поскольку пористый реголит их поглощал. Эти пары образовывались впоследствии планетезималей. Также источником их были и осколки Протолуны.Когда Земля была молодой, длительность суток составляла всего 6 часов, что было равно периоду вращения Луны вокруг нашей планеты.
Архейская эра в геологии - самый древний, самый ранний период истории земной коры.Нижнесилурийские и кембрийские отложения, заключающие богатую флору и фауну и составляющие основание всех осадочных образований земной коры, подстилаются мощной толщей глинистых и кристаллических сланцев, известняков, гнейсов и т. п. пород, частью вовсе лишенных органических остатков, частью крайне ими бедных.В Америке, где впервые эта группа геологических памятников подверглась тщательному изучению, ее разбили на две подгруппы, на две системы, принятые и для всей Европы; но в последнее время в Америке стали склоняться к делению архейской группы на три системы.Нижняя часть архейских, т. е. самых древних отложений, состоящая из гнейсов, гранулитов, гранитов, слюдяных сланцев, известняков и конгломератов, характеризуется сильным господством гнейсов, почти полным отсутствием следов органической жизни и носит название лаврентьевской системы (от р. св. Лаврентия), также системы первобытных, или первозданных, сланцев. Верхняя группа сложена преимущественно слюдяными и глинистыми сланцами, известняками, содержит больше остатков органической жизни, хотя также еще очень бедна ими, и называется системой первобытных, или первозданных, гнейсов, системой Гуронской (по Гуронскому оз.). Лаврентьевские гнейсы и сопровождающие их породы, по представлению многих геологов, являются первичной твердой корой земного шара, первой твердой оболочкой охлаждающегося огненно-жидкого земного шара. Предполагая, что вся вообще архейская группа лишена следов органической жизни, ее назвали азойской, т. е. лишенной органической жизни; после того как стали известны остатки животного и растительного царств в азойских отложениях, их правильнее (вместе с некоторыми геологами) стали называть агнотозойскими, т. е. такими, в которых органическая жизнь мало известна (частью даже вовсе неизвестна), но в которых она бесспорно существовала, так как следующие за ними кембрийские и силурийские отложения содержат уже сравнительно высоко организованную фауну, бесспорно имевшую многих предшественников. Неизмеримая древность архейских отложений, глубокая гидрохимическая и динамическая метаморфизация во многих случаях совершенно уничтожили или по крайней мере сильно замаскировали остатки органической жизни, сделали архейские породы "азойскими". Общая мощность архейских отложений превышает 3000 метров, древность не поддается определению числом столетий и тысячелетий, а определяется геологическими периодами.В архейскую эру начали впервые обрисовываться материки и зародилась органическая жизнь. В лаврентьевских отложениях единственными ее следами является громадная корненожка (Eozoon Canadense), которая многими учеными рассматривается как родоначальник органической жизни, между тем как многие геологи отрицают вполне органическое происхождение Eozoon и видят в нем лишь минеральное конкрециозное образование.Графит, очень распространенный в Лаврентьевских горных породах, свидетельствует в пользу существования растительных организмов. В гуронских породах, кроме углистых веществ (см. Шунгит), найдены остатки червей, иглокожих, водорослей.Вулканическая деятельность, отличавшаяся в этот отдаленный период истории земной коры особой интенсивностью и массовым характером, доставила на земную поверхность громадные массы гранитов, диабазов, габбро и сиенитов. Золото, серебро, медные и железные руды, драгоценные камни (изумруды, турмалины, хризобериллы и т. п.) очень распространены в архейских породах.В России в этом отношении выделяется Урал, играющий по своим минеральным богатствам первенствующую роль во всей Европе. Остатки архейской эры в виде различных архейских пород покрывают значительные площади Америки, Азии, Европы (Скандинавия, Богемия, Бавария, Саксония, Шотландия, Альпы и т. д.).В России архейские отложения, в особенности лаврентьевские, пользуются значительным развитием в Олонецкой и Архангельской губ., также в Тиманском кряже на Урале, в Днепровской кристаллической полосе (Волынск., Подольск., Екатеринославская, Воронежская губ. и т. д.), а также в некоторых частях Сибири (Подкаменная Тунгуска, Саянский и Яблоновый хребты, Байкал)
24 прокариотные организмы. Появление в палеонтологической летописи Земли. Включение в биогеохимические циклы планеты
рокариотная биосфера. Главные изменения в геохимии планеты сводятся к формированию системы биогеохимических циклов, катализируемых бактериями. Циклы неполностью замкнуты и ведут к накоплению остаточных продуктов, которые обусловливают биогеохимическую сукцессию как центральное явление, определяющее судьбу биосферы. Конечным результатом служит создание оксической атмосферы с замыканием цикла фотосинтеза дыханием. Деструкция мортмассы ведет к накоплению СО2 в местах деструкции, что ускоряет углекислотное выветривание и, следовательно, связывание СО2 горными породами в маршруте "изверженные породы —-—»• глины + карбонаты". Удаление СО2 из атмосферы снижает парниковый эффект. Образование тонкодисперсных пород приводит к захоронению Сорг, который эквивалентен остаточному О2 атмосферы. Отсюда маршрут "выветривание —»• —»• седиментогенез" с захоронением керогена ответственен за образование кислородной атмосферы и оксических субаэральных условий, а маршрут "выветривание —•• карбонаты" - за создание нейтральной среды. Выветривание идет в субаэральных условиях на платформах, и геологическая летопись сводится к самоуничтожению следов процессов. Центральная роль процессов выветривания - седиментогенеза в преобразовании геосферы приводит к тому, что глубокий океан играет роль преимущественно физического резервуара растворенных веществ, поскольку цикл Сорг в нем замкнут. Отдельно следует рассматривать гидротермальные процессы на дне океана как источник газов и преобразования базальтов, включая их карбонатизацию. Седиментогенез локализован преимущественно в относительно мелководных водоемах. Поэтому необходимо признать гетерогенность географической оболочки Земли с областями интенсивных процессов преобразования на крупных геохимических барьерах и отказаться от попыток распространения данных по одному тафоценозу на всю планету.
Биотические процессы определяют цикл органического углерода. Ключевой реакцией служит образование биомассы при фотосинтезе, пропорциональное освещаемой дневной поверхности. Реакция ассимиляции с самого начала осуществлялась по рибулозобисфосфатному пути, как об этом можно судить по изотопному составу керогена древних пород с обогащением легким изотопом углерода близким 25 х 10~3. Какова была освещенная поверхность, пригодная для цианобак-терий? По-видимому, она не сильно отличалась от суммы площадей воды и суши, занятых фитопланктоном и растениями в настоящее время. Цианобактериальный мат относится к биоценозам организмов с коротким жизненным циклом, быстро набирающим максимальную плотность до полного самозатенения, т.е. около 500-1000 мг хлорофилла/м2. Отсюда можно заключить, что ассимиляция С-СО2 составляла величину п х х 102 млрд. т С/год, где п составляет 1-2. При использовании современных значений для стока С-СО2 в ~ 145 кг/1кг хлорофилла проективного покрытия растительного покрова необходимо сделать поправки на стадии стока углерода соответственно времени пребывания, где стадиям соответствуют:
Gross Primary Production (GPP) - всяассимилированнаяуглекислота;
Netto Primary Production (NPP) - углерод первичного продуцента за год (фотоассимиляция минус дыхание растения, в том числе ночью, предполагается GPP = 2NPP);
Netto Ecosystem Production (NEP) - экосистем-ная продукция соответствует NPP минус дыхание органотрофов в экосистеме в течение года;
Netto Biome Production (NBP) - накопление углерода в ландшафте в течение десятилетий с образованием устойчивого органического вещества гумуса с временем пребывания ~ 1000 лет.
Для наших целей необходимо ввести понятие нетто-геосферной продукции Netto Geospheric Production (NGP), соответствующее захороненному углероду керогена и каустобиолитов с временем пребывания более 108 лет (геологический рецикл).
В избранном нами масштабе времени все остальные величины, кроме NGP, представляют малые величины динамических резервуаров с наиболее крупной величиной - устойчивым углеродом гумуса, куда входит и растворенное органическое вещество океана. Считается, что для водных экосистем logNGP = klogGPP и количество углерода, переходящего в устойчивую форму в осадках, пропорционально первичной продукции (Tyson, 1995), поскольку для водорослей с коротким жизненным циклом GPP ~ NPP. Из цикла выводится только устойчивый углерод, и таким образом скорость седиментации тонкодисперсных осадков глин контролирует создание кислородной атмосферы (см. рис. 1).
Ключевым этапом для начала образования ке-рогена в осадках фанерозоя служит переход из оксической в аноксическую зону с резким уменьшением скорости деструкции. Эта концепция явно непригодна для ранних этапов эволюции геосферно-биосферной системы, поскольку в атмосфере не было О2. Кислородная обстановка тогда создавалась в экосистемах на короткое дневное время, и в плотных скоплениях водорослей она могла достигать 100% вблизи пузырьков газа. Соответственно бактерии в непосредственной близости от цианобактерий должны были обладать окситолерантностью, хотя бы к стрессовым воздействиям кислорода, а возможно, и быть "half time" аэробами. Круглосуточный аэробиоз вряд ли имел место, а при стоке кислорода в океан создавались условия для микроаэрофилов, каковы многие водные микроорганизмы.
Ассимиляция СО2 происходит в молярном отношении СО2:Сорг:О2 = 1:1:1 по реакции СО2 + + Н2О = [СН2О] + О2. Реакция ассимиляции уравновешивается дыханием, осуществляющим обратную реакцию.
С циклом углерода связаны циклы азота и фосфора в отношении, определяемом их включением в биомассу. Для микробов отношение C:N:P = = 106:16:1.
В современных условиях лимитирующим биогеном чаще всего служит связанный азот. В про-кариотной атмосфере это было не так, поскольку многие прокариоты способны к ассимиляции N2, особенно в аноксических условиях. Ассимиляция N2 ведет к существенным дополнительным энергетическим затратам, но она не была безусловным ограничением. Таким образом, накопление связанного азота наряду с созданием кислородной атмосферы было необходимым предварительным условием для возможности появления эукариот-протист с фотосинтезом и дыханием как единственными путями метаболизма.
25.прокариотные биогеоценотические сообщества. Их роль в стабилизации состояния планеты.
Биогеоценотический (экосистемный) уровень.
Популяции разных видов всегда образуют в биосфере Земли сложные сообщества – биоценозы. Биоценоз – совокупность растений, животных, грибов и прокариот, населяющих участок суши или водоема и находящихся в определенных отношениях между собой. Вместе с конкретными участками земной поверхности (педосферы), занимаемыми биоценозами, и прилежащей атмосферой называются экосистемами.
Такие экологические системы (экосистемы) могут быть разного масштаба – от капли воды или муравьиной кучи до экосистемы острова, реки, континента и всей биосферы в целом. Экосистема – взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией (А. Тенсли, 1935). Экосистема – «безразмерное» понятие, но есть один класс экосистем, имеющий определенные размеры и принципиальное значение как «кирпичики» организации всей биосферы,– биогеоценозы (В.Н. Сукачев, Н.В. Тимофеев-Ресовский). Биогеоценоз – это такая экосистема, внутри которой не проходит биоценотических, микроклиматических, почвенных и гидрологических границ; биогеоценоз – одна из наиболее сложных природных систем. Внешне заметные границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами растительных сообществ (фитоценозов).
Все группы экосистемы – продукт совместного исторического развития видов, различающихся по систематическому положению; виды при этом приспосабливаются друг к другу (подробнее см. гл. 19). Первичной основой для сложения биогеоценозов служат растения и прокариоты – продуценты органического вещества (автотрофы).
В ходе эволюции до заселения растениями и микроорганизмами определенного пространства биосферы не могло быть и речи о заселении его животными. Растения и прокариоты представляют жизненную среду для животных – гетеротрофов.
Биогеоценозы – среда для эволюции входящих в них популяций. Популяции разных видов в биогеоценозах воздействуют друг на друга по принципу прямой и обратной связи. В целом жизнь биогеоценоза регулируется в основном силами, действующими внутри самой системы, т.е. можно говорить о саморегуляции биогеоценоза. Автономность и саморегуляция биогеоценоза определяют его ключевое положение в биосфере нашей планеты как элементарной единицы на биогеоценотическом уровне.
Биогеоценозы, образующие в совокупности биосферу нашей планеты, взаимосвязаны круговоротом веществ и энергии. В этом круговороте жизнь на Земле выступает как ведущий компонент биосферы (В.И. Вернадский, В.Н. Сукачев). Биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую энергетические «входы» и «выходы», связывающие соседние биогеоценозы (рис. 4.4). Обмен веществ между соседними биогеоценозами может осуществляться в газообразной, жидкой и твердой фазах, а также в форме живого вещества (миграции расселения).
26.эукариотные организмы их преимущества и отличительные черты в сравнении с прокариотами.
российский биолог К.С. Мережковский высказал предположение, что эукариотная клетка возникла в результате симбиоза нескольких самостоятельных организмов. Эта идея стала одной из главных парадигм современной биологии.
Все живые организмы, населяющие нашу планету, делятся на две большие группы: прокариоты (безъядерные) и эукариоты (ядерные). Прокариоты - это бактерии, у которых наследственный материал представлен простой кольцевой молекулой ДНК. Ядерными называются различные одноклеточные и многоклеточные организмы (простейшие, растения, животные и грибы), в клетках которых имеется оформленное ядро с хромосомами, в которых линейные молекулы ДНК связаны с особыми ядерными белками - гистонами. Помимо ядра в клетках эукариотных организмов есть и другие органеллы: митохондрии, жгутики, хлоропласты. Когда и как возникли эукариотные организмы, господствующие в современной биосфере?
Согласно современным представлениям, наша планета сформировалась около 4,5 млрд. лет назад. Первоначально Земля была сухой, вода появилась в результате дегазации недр - выхода в атмосферу водяного пара и газов, составлявших древнюю атмосферу. По мере конденсации водяного пара появлялись сначала мелкие лужицы, которые понемногу становились все больше и больше. Однако понадобилось 500-700 млн. лет для того, чтобы на Земле возникли более или менее крупные водоемы, которые постепенно сформировали гидросферу - жидкую оболочку нашей планеты, занимающую в настоящее время около 70% ее поверхности. Затем в результате оседания на дно водоемов различных частичек образовались и осадочные породы.
Древнейшими осадочными породами считаются графитизированные сланцы из формации Исуа в Гренландии - их возраст составляет около 3,8 млрд. лет. Удивительно, что в этих породах обнаружены несомненные признаки некогда существовавшей жизни - следы деятельности организмов, осуществлявших процесс фотосинтеза. Дело в том, что в органическом веществе, созданном в процессе фотосинтеза, соотношение изотопов углерода 12С и 13С меняется в пользу более легкого изотопа 12С. И что бы с данным веществом ни происходило в дальнейшем, такое соотношение в нем будет сохраняться. Углерод в сланцах формации Исуа - явно органического происхождения. Это означает, что уже 3,8 млрд. лет назад в первичных водоемах планеты (скорее всего Мирового океана в то время еще не существовало) жили организмы, способные к фотосинтезу. Окаменевшие клетки, сходные с современными цианобактериями, обнаружены в породах возрастом 3,5 млрд. лет (формация Варравуна в Австралии). В чуть более молодых отложениях (более 3,1 млрд. лет) найдены остатки хлорофилла - фитан и пристан, а также специфические пигменты цианобактерий - фикобилины.
Разумеется, среди организмов той поры были не только фотосинтетики, использующие энергию солнечного света, но и хемосинтетики, получающие энергию за счет различных химических реакций. В первые миллиарды лет существования биосферы вследствие деятельности хемосинтетических бактерий сформировались многие (если не большинство) из рудных залежей, которыми до сих пор пользуется человечество, поэтому в рудных телах нередко находят окаменевшие остатки бактерий. Например, такое крупное месторождение железных руд, как Курская магнитная аномалия, по современным данным, образовалось в результате деятельности бактерий.
Нет сомнения в том, что на протяжении значительной части своей истории (не менее 2 млрд. лет) биосфера была прокариотной, то есть в ее состав входили только организмы, сходные с современными бактериями. Эукариотные организмы - разнообразные одноклеточные простейшие, а позднее (600-800 млн. лет назад) и многоклеточные организмы - заняли свое место в биосфере лишь около 1 млрд. лет назад
Прокариоты и эукариоты - две главные разновидности живых существ на нашей планете. Биологи и медики, правда, активно изучают еще одну группу биологических объектов - вирусы, но они проявляют свойства живого организма только внутри клеток своих "хозяев". Размеры прокариотных клеток в большинстве случаев колеблются от 0,5 до 3 мкм, а самые мелкие (микоплазмы) не превышают 0,10-0,15 мкм. Гигантские клетки некоторых серобактерий достигают 100 мкм в длину, а клетки спирохет иногда вырастают до 250 мкм. Главная черта прокариот - отсутствие ядра. Их генетический материал (генофор) представлен единственной кольцевой молекулой двухцепочечной ДНК, закрепленной на цитоплазматической мембране, одевающей клетку. Прокариоты не имеют ядерной оболочки, эндоплазматического ретикулюма (иногда имеются впячивания поверхностной мембраны - так называемые мезосомы), митохондрий, пластид и других цитоплазматических органелл, свойственных эукариотам. У них отсутствуют и микротрубочки, поэтому они не имеют ни центриолей, ни веретена деления. Рибосомы прокариот лишены одного из типов рибосомальной РНК (так называемой 5,8S РНК) и имеют меньшую массу, чем у эукариот. Обычно масса рибосом оценивается так называемой константой седиментации (показателем скорости оседания при центрифугировании). Для рибосом прокариот она равна 70S, а для эукариот - 80S.
Прокариоты обладают громадным (по сравнению с эукариотами) разнообразием обменных процессов. Они способны к фиксации углекислоты, азота, различным вариантам брожения, окислению всевозможных неорганических субстратов (соединений серы, железа, марганца, нитритов, аммиака, водорода и др.). Среди прокариот немало фотосинтезирующих форм, прежде всего это часто встречающиеся в современной биосфере цианобактерии, которые еще называют сине-зелеными водорослями. Они (или родственные им организмы) были широко распространены и в далеком прошлом. Геологические постройки, созданные древними цианобактериями (вероятно, вместе с другими фотосинтезирующими прокариотами) - строматолиты, - нередко обнаруживаются в древнейших слоях земной коры, соответствующих архею и раннему протерозою. Начавшаяся около 4 млрд. лет назад деятельность фотосинтезирующих и других автотрофных прокариот имела несколько важнейших последствий.
Первое связано с изменением атмосферы Земли. Дело в том, что в древности она была практически бескислородной. В результате фотосинтеза молекулярный кислород стал выделяться в атмосферу, но быстро связывался с неокисленными компонентами литосферы - железом и другими металлами. Поэтому, несмотря на наличие постоянного источника свободного кислорода, биосфера оставалась по преимуществу анаэробной. Живые организмы в этот период тоже были представлены в основном анаэробами. В литосфере между тем откладывались полосчатые железные руды (так называемые джеспилиты), в которых окисленное железо чередовалось с недоокисленным. В бескислородных условиях откладывались пириты (руды типа FeS2), которые не могли формироваться при наличии свободного кислорода. Находки подобных ископаемых позволяют установить, что, несмотря на обилие фотосинтетиков, анаэробный период в развитии биосферы длился почти 2 млрд. лет.
Однако около 2 млрд. лет назад содержание кислорода в атмосфере достигло 1% и продолжало повышаться, поскольку к тому времени большая часть находившегося на поверхности железа и других металлов оказалась окисленной. В то же время количество железа и других металлов, поднимающихся из глубин Земли, постепенно уменьшалось. При формировании планеты тяжелые и легкие компоненты оказались перемешаны случайным образом. В дальнейшем в процессе гравитационной дифференцировки металлы постепенно погружались к центру планеты, формируя ее железное ядро, а легкие компоненты - силикаты - поднимались вверх, образуя мантию.
Для анаэробных организмов повышение концентрации кислорода было катастрофой, поскольку кислород - очень агрессивный элемент, он быстро окисляет и разрушает органические соединения. Если в анаэробной биосфере, в толще строматолитов оставались аэробные карманы, откуда накапливающийся в результате фотосинтеза кислород диффундировал в атмосферу, то теперь биосфера, по меткому выражению академика Г.А. Заварзина, "вывернулась наизнанку" - она превратилась в кислородную с немногочисленными бескислородными карманами, где нашли убежище анаэробные микроорганизмы. В новой аэробной атмосфере могли выжить только те немногие прокариоты (оксибактерии), которые еще раньше в кислородных карманах в толще строматолитов приспособились к высокой концентрации кислорода.
Второе важное следствие деятельности автотрофных прокариот - накопление залежей органического вещества. Биотический круговорот веществ в биосфере, состоящей исключительно из прокариот, был очень несовершенен. Биомасса, созданная автотрофными бактериями, подвергалась разложению преимущественно под воздействием абиотических физических и химических процессов во внешней среде. Без сомнения, существенную роль в разложении биомассы, созданной прокариотными автотрофами, играли и гетеротрофные бактерии, однако их возможности были ограничены в силу особенностей организации клеток прокариот. Как известно, прокариоты принципиально не способны к заглатыванию своих жертв. Хищничество у бактерий встречается очень редко и выглядит весьма необычно. Хищная бактерия Bdellovibrio по размерам значительно меньше своих жертв, она проникает через клеточную стенку бактерии и размножается внутри организма несчастной.
27 появление в полеонтологической летописи Земли многоклеточных организмов. Их вклад в стабилизацию круговоротов веществ
Появление многоклеточных организмов, способных поглощать и переваривать другие организмы, дало толчок ускоренной эволюции тех и других; каждый старался перехитрить соперника. Точно так же во время холодной войны гонка вооружений между Советским Союзом и Соединенными Штатами заставлялаэти страны интенсивно «шевелиться», чтобы ни в коем случае не отстать.
Изучая зарождение жизни на Земле, можно сделать общие выводы о том, как вообще может возникнуть разумная жизнь.
Для возникновения разумной жизни необходимо наличие следующих условий:1) зрение или аналогичный инструмент, позволяющий изучать окружающую обстановку;2) механизм для взаимодействия с окружающей средой, механизм хватания — пальцы, щупальца, клешни, хобот и т. п.;3) коммуникационная система, телепатия или речь. Эти непременные условия необходимы для того,чтобы иметь информацию об окружающем мире, они же со временем позволят и взаимодействовать с ним, изменяя его для своих целей. Все это является необходимыми предпосылками разумной жизни.
Но на этом всякая определенность заканчивается, инопланетяне вовсе не обязаны быть похожи на людей.
Образ большеглазых яйцеголовых, похожих на детей пришельцев, прочно укоренился лишь во второсортной фантастической продукции кинематографистов 50-х гг. прошлого века, а оттуда прочно перекочевал в общественное сознание.
Некоторые антропологи, однако, добавляют к трем главным условиям возникновения разума четвертое; это условие должно объяснить следующий любопытный факт: человек гораздо умнее, чем необходимо для выживания в лесу. В самом деле, зачем лесному жителю, добывающему пропитание охотой и собирательством, иметь мозг, способный овладеть тайнами квантовой механики, устройством Вселенной и премудростями высшей математики?Зачем нужны эти избыточные возможности мозга? В природе тоже встречаются виды животных, обладающие физическими навыками, намного превосходящими обычные требования простого выживания, такие, например, как гепард и антилопа. Это явилось результатом их взаимодействия, той самой «гонкой вооружения» новыми способностями, которые необходимы для успешного существования.
Возможно, в нашем случае «гонка вооружений» шла между разными особями одного вида, например неандертальцем и Homo Sapiens, создавая задел «избыточного» разума. Кто оказался «умнее», тот и выжил.
Если бы в течение нескольких миллионов лет в морской среде у осьминогов происходили аналогичные климатические изменения, которые происходили в Африке 6 млн лет назад и которые привели к разделению человека и обезьяны, то вполне вероятно, что и они стали бы разумными существами. Суровая реальность заставила человека измениться под влиянием окружающей среды, а осьминоги так и остались неизменными на протяжении миллионов лет — слишком хорошо им жилось, не было причин для изменений. Необходимость выживания вида заставила человекообразную обезьяну «соображать».
Так что даже в земных условиях тот факт, что разумная жизнь получила человеческую оболочку, — чистая случайность. Это дало повод известному биохимику Клиффорду Пиковеру остроумно заметить, что когда он смотрит «на всяких ракообразных безумного вида, медуз с мягкими щупальцами, гротескных червей-гермафродитов и прочую плесень», то понимает, что «у Бога есть чувство юмора и что нам еще предстоит увидеть во Вселенной отражение всего этого в иной форме...» .
Для понимания того, какими могут оказаться инопланетные цивилизации, нужно воспользоваться знанием физических законов. Если взглянуть на развитие нашей собственной цивилизации за последние 100 ООО лет, т. е. с того момента, как в Африке появились первые люди современного типа, можно увидеть, что это история все возрастающего потребления энергии.
Отечественный астрофизик Николай Кардашев выдвинул предположение о том, что стадии развития внеземных цивилизаций Вселенной тоже можно классифицировать по уровню потребления энергии. Он разделил все возможные цивилизации на три группы.
1. Цивилизация I типа. Основана на возможностях всей планетарной энергии, использует весь свет, падающий на планету от ее звезды, плюс все внутренние источники самой планеты — органическое и ядерное топливо, энергию воды, ветра, вулканов и т. п. Возможно управление погодой, землетрясениями, другими стихиями, расселение по всей планете, включая ближний космос и глубины океана. Вся энергия планеты находится под контролем.
Цивилизация II типа. Основана на использовании всей энергии своего светила, что дает ей превосходство в уровне развития над цивилизацией I типа примерно в 10 млрд раз. Такую цивилизацию можно считать бессмертной, ни один из известных науке факторов не сможет повлиять на ее выживание — никакое оледенение, столкновение с астероидом или даже вспышка сверхновой звезды не смогут угрожать ее существованию. Даже если ее собственная звезда состарится и взорвется, то жители смогут успешно переселиться в другую звездную систему или перевезти туда собственную планету целиком.
3. Цивилизация III типа. Основана на энергетических ресурсах всей Галактики, что позволяет превысить уровень развития цивилизации II типа в 10 млрд раз. Представители цивилизации способны колонизировать миллиарды миров, пользоваться энергией черных дыр и свободно перемещаться во Вселенной и пространстве-времени. С нашей точки зрения это уже уровень Господа Бога или еще выше.
Земная же цивилизация в этой классификации далеко не дотягивает до I типа, поэтому ее условно можно отнести к нулевому уровню, так как наши машины работают на энергии горения мертвых растений, нефти и угля и лишь немного атома. Мы используем мизерную часть солнечной энергии, доставшейся нашей планете за всю историю ее существования.
Тем не менее уже сегодня можно наблюдать признаки зарождения на Земле цивилизации I типа.
Однако успешный переход с одного типа на другой вовсе не гарантирован. Самым опасным является первый этап — переход от нулевого типа к первому.
Дело в том, что цивилизация нулевого типа все еще страдает от сектантства, фундаментализма, расизма, коммунизма и т. п., характерных для периода бурного развития, и неясно, позволят ли эти племенные, религиозные, классовые и другие страсти осуществить успешный переход без планетарного катаклизма.
Не исключено, что мы не наблюдаем в Галактике цивилизаций I типа именно потому, что перехода, как правило, не происходит — в результате войн и революций цивилизация саморазрушается. Вполне возможно, что, добравшись когда-нибудь до других звезд, мы наткнемся на останки других культур, которые погубили себя сами — в огне термоядерной войны, техногенных катастроф или других аналогичных причин, в том числе и от столкновения с астероидом.
Цивилизация, достигшая III уровня, легко может разослать по всей Галактике самовоспроизводящиеся автоматические зонды, наделенные искусственным интеллектом, и обнаружить все необходимое.
Но вряд ли они захотят связываться с такой примитивной, дикой и воинственной «цивилизацией», как наша. В космосе хватает необитаемых планет с любыми ресурсами, которые можно беспрепятственно собирать и использовать, не связываясь с упрямыми аборигенами.
Отношение представителей цивилизации III уровня к нам сегодняшним можно сравнить лишь с нашим собственным отношением к сообществу муравьев в далеких болотистых джунглях.
Возможно, они и пытаются послать нам какие-либо сигналы, пытаясь войти в контакт, однако не будем же мы всерьез опускаться до их уровня, предлагая его обитателям какие-нибудь бусы, патоку и прочие пустяки — в лучшем случае мы просто не будем обращать на них внимания. Для начала муравьям надо достичь уровня хотя бы кошки.
И главная опасность для них заключена не в том, что люди вдруг захотят вторгнуться в жизнь муравейника или уничтожить весь муравьиный род. Главная опасность в том, что муравейник может помешать людям по каким-то другим причинам, и они его просто мимоходом снесут. Не забывайте, что если говорить об общем уровне развития, то разница между цивилизацией III типа и нашей значительно больше, чем между человечеством и муравьями, ближе к истине было бы сравнение человеческого сообщества со сгустком плесени на пенке далекого болота...
28 кислородный контроль в развитии организмов
  Дело в том, что однопроцентный уровень содержания кислорода (имеется в виду 1% от его современного количества) – это тот критический минимум, ниже которого аэробный метаболизм принципиально невозможен; однако для жизнедеятельности макроскопических животных кислорода необходимо существенно больше. Б.Раннегар недавно провел специальные расчеты, из которых следует, что для животных, составлявших первую фауну многоклеточных – эдиакарскую (о ней речь пойдет впереди), уровень содержания кислорода должен был составлять не менее 6-10% от нынешнего – это в том случае, если они имели развитую систему циркуляции, доставлявшую кислород к тканям. Если же такая система у них еще не развилась и они дышали за счет прямой диффузии (а скорее всего именно так оно и было), то необходимое для их жизнедеятельности содержание кислорода должно было быть еще выше, может быть – сопоставимо с нынешним. Итак, гипотеза «кислородного контроля» кажется вполне логичным объяснением появления макроскопических животных лишь в конце протерозоя – если принять более высокий критический порог, чем однопроцентный, предлагавшийся Беркнером и Маршаллом. Возможна ли, однако, проверка этой гипотезы? Мы помним (из главы 5), что можно по составу осадков отличить аэробные обстановки от анаэробных, но вот как измерить количественные различия в содержании кислорода в былые эпохи?   Известно, что количество кислорода, создаваемого небиологическими процессами (фотолиз воды и т.д.), совершенно ничтожно; почти весь свободный кислород планеты создан фотосинтезирующими организмами. Однако живые существа не только производят кислород, но и потребляют его в процессе дыхания. В биосфере осуществляется достаточно простая химическая реакция: n СО2 + n H2O ( (CH2O)n + n О2. «Читая» ее слева направо, мы получаем фотосинтез, а справа налево – дыхание (а также горение и гниение). Уровень содержания кислорода на планете стабилен потому, что прямая и обратная реакции взаимно уравновешиваются; так что если мы попытаемся увеличить содержание свободного кислорода в атмосфере путем простого наращивания объема фотосинтезирующего вещества, то из этой затеи ничего не выйдет. Сместить химическое равновесие, как вам должно быть известно из курса химии, можно, лишь выводя из сферы реакции один из ее продуктов. В нашем случае – добиться увеличения выхода О2 можно, лишь необратимо изымая из нее восстановленный углерод в форме (CH2O)n или его производных.   Таким образом, производство кислорода биосферой начинает превалировать над потреблением этого газа (ею же) только если происходит захоронение в осадках неокисленного органического вещества. Этот вывод кажется достаточно парадоксальным и противоречащим расхожим представлениям. Так, например, природоохранная пропаганда вбила в голову широкой публики магическую фразу «Леса – это легкие планеты»; и мало кто дает себе труд задуматься над тем, что в действительности любое сбалансированное сообщество (в том числе – тропический лес) потреблят ровно столько кислорода, сколько и призводит. Если что и можно назвать «легкими планеты», так это болота, где как раз и идет процесс захоронения неокисленной органики. Поэтому, если мы установим, что в некий период геологической истории происходило интенсивное захоронение органического углерода, то мы вправе будем заключить, что в это время столь же интенсивно накапливался и кислород. А вот оценить темпы захоронения органического углерода в прошлые эпохи вполне возможно – для этого существует специальный метод, основанный на изучении изотопного отношения 12C/13C в соответствующих осадках (органический углерод, участвовавший когда-либо в реакциях фотосинтеза, обогащен «легким» изотопом 12C).   Несколько лет назад на архипелаге Шпицберген была открыта уникальная по полноте последовательность позднепротерозойских осадков, отлагавшихся в период с 850 до 600 млн лет назад. Исследовав эти осадки на предмет изотопного отношения 12C/13C, Э. Нолль (1996) установил, что на протяжение всего этого времени темпы захоронения органического углерода оставались самыми высокими за всю историю Земли. Изучение позднепротерозойских осадков в других районах мира – в Канаде, Австралии и Южной Африке – подтвердило выводы Нолля. Итак, появлению макроскопической фауны предшествовало резкое увеличение количества свободного кислорода; вряд ли можно счесть это случайным совпадением
  О том, что на Земле в это время действительно существенно возросло содержание кислорода, могут свидетельствовать и другие факты. Во-первых, в океанах вновь происходит осаждение джеспеллитов, прекратившееся около 1,8 млрд лет назад (см. рисунок 16). Это может означать, что кислород впервые насытил глубоководные части океана, располагающиеся ниже фотической зоны, и при этом произошло осаждение еще сохранявшихся в тех глубинах запасов закисного железа. Во-вторых, это было время как минимум трех покровных оледенений, последнее из которых – Лапландское (600 млн лет назад) – было, по всей видимости, самым крупным за всю историю Земли. Одной же из причин начала оледенений считают так называемый «обратный парниковый эффект»: когда в атмосфере планеты отношение О2/СО2 смещается в сторону кислорода, планета начинает гораздо хуже удерживать тепло, доставляемое центральным светилом.   Все это, вероятно, стало следствием событий, произошедших в биосфере около 1,2 млрд лет назад, когда начался постоянный рост численности и видового разнообразия эукариотного фитопланктона, продолжавщийся до 600 млн лет назад. Известно, что в планктонных экосистемах детритная пищевая цепь развита очень слабо, а оборот вещества и энергии идет почти исключительно по пастбищной цепи; практически вся мертвая органика «проваливается» из экосистемы вниз, на дно водоема, где и утилизуется в тамошних детритных цепях. Однако донные детритные цепи протерозоя существуют в условиях сильного недостатка кислорода, и потому обладают ограниченой «пропускной способностью». Начиная с некоторого момента они перестают справляться с тем нарастающим потоком органики, что поставляется сверху наращивающими свою продуктивность фитопланктонными сообществами. Другим источником органики могут быть лишенные в ту пору сколь-нибудь эффективных консументов («травоядных») водорослевые луга. В результате органический углерод начинает захораниваться в осадках на дне океана; оборотной стороной этого процесса является, как мы теперь знаем, накопление свободного кислорода, приводящее – через «обратный парниковый эффект» – к оледенению.   Сочетание этих двух факторов – заметный рост содержания кислорода и появление ледников – создает в гидросфере планеты принципиально новую ситуацию. До сих пор кислород мог распространяться из фотической зоны, где он вырабатывается, в нижележащие слои океана только за счет такого несовершенного механизма, как диффузия: ведь более богатая кислородом вода поверхностного слоя – более теплая, а потому она «не тонет». Заметим, что само «богатство» это весьма относительное, т.к. чем теплее вода, тем меньшее количество газа (при равном давлении) может быть в ней растворено. Известно, что вода имеет минимальную плотность при температуре 0ºC и ниже (лед), а максимальную – при 4ºC, поэтому с появлением на планете льда и «тяжелой» – четырехградусной – воды картина меняется. Плавающий по поверхности лед охлаждает омывающую его воду, и когда ее температура достигает 4ºC, она «тонет» – вместе с растворенными в ней газами из поверхностного слоя; в океане образуется холодный придонный слой – психросфера. Таким образом, в гидросфере возникает «ленточный транспортер», доставляющий кислород в ее глубокие слои (одним из следствий этого процесса стало осаждение в океанах джеспеллитов). Оледенения случались на Земле и раньше (например, Гуронское оледенение 2,3-2,5 млрд лет назад), но тогда этому транспортеру еще нечего было переносить; теперь же (650-600 млн лет назад) вся гидросфера оказалась насыщенной кислородом до того уровня, который допускает существование макроскопических животных.
29завершение проторезоя.особенности геологического развития Земли и фитопланктоновый кризис
Протерозой, протерозойская эра (от греч. πρότερος (proteros) — более ранний и ζωή (zoe) — жизнь) — геологический эон длительностью около 2 млрд. лет, следующий за археем и предшествующий палеозою. За нижнюю границу протерозоя принято время 2,5 млрд. лет назад. За верхнюю — 542±1 млн. лет.
По современным представлениям протерозой делится на 3 периода: палеопротерозой, мезопротерозой и неопротерозой. Ранее протерозой подразделяли на нижний, средний и верхний (рифей). Сейчас это деление считается устаревшим.
Деление протерозоя на отдельные периоды не случайно и базируется на стратиграфических исследованиях. Так, палеопротерозой — время достижения кислородом «точки Пастера» — 1 % от его содержания в атмосфере, современной нам. Произошло это событие 2 млрд. лет назад и носит название кислородной катастрофы. Учёные считают, что такая концентрация кислорода достаточна для того, чтобы обеспечить устойчивую жизнедеятельность одноклеточных аэробных организмов, т.е. организмов, нуждающихся в свободном молекулярном кислороде для поддержания своей жизнедеятельности. В отличии от аэробных анаэробные организмы, разнообразие которых в то время было существенно больше, в большинстве своём вымерли. Для них молекулярный кислород был губительным.
Кроме кислородной катастрофы в эпоху палеопротерозоя наступает первая стабилизация континентов.
Следующий за палеопротерозоем мезопротерозой — время формирования суперконтинента Родиния.
Наконец последний из протерозойских периодов — неопротерозой характеризуется распадом Родинии и масштабным оледенением, охватившим практически всю поверхность суши. Кроме того именно к этому временному интервалу относятся древнейшие ископаемые останки животных, что связано с формированием у них твёрдого скелета.
Тектоника
В течении протерозойской эры шло формирование ядер континентов из фрагментов древнейших протоконтинентов — кратонов. В частности во время палеопротерозоя были сформированы значительные части щитов Индии, Северного Китая и Южной Америки. Так древнейшее ядро Южной Америки — т.н. амазонский кратон, занимает почти всю северную и центральную часть Бразилии с прилегающими районами Венесуэлы, Гайаны и Суринама. К востоку от амазонского кратона, в восточной половине Амазонии, имеются фрагменты щита архейского времени.
Ядро континентальной части Европы также сформировалось во время протерозойской эры — путём объединения трёх кратонов в единый континент Балтика: Фенноскандии, занимающей территорию Балтийского щита, сформировавшегося в архейское время, Волго-Уральского (бассейн реки Волги) и Сарматского, на территории Украины, Молдавии и прилегающей части Румынии. Объединения описанных трёх кратонов закончилось к концу палеопротерозоя — 1600 млн. лет назад.
Протерозойское происхождение имеет и континентальное ядро Индии, сформировавшееся в результате объединения четырёх кратонов.
В течении всего палеопротерозоя, также как и в архейскую эру, происходила интенсивная вулканическая деятельность, причём в основном на поверхности суши, а не под водой, как в предыдущие геологические эпохи. Это было связано с более широким распространением континентов, что в свою очередь было вызвано накоплением значительных масс земной коры континентального типа.
Следующий за палеопротерозоем период протерозойской эры — мезопротерозой, характеризуется формированием первого в истории Земли суперконтинента Родинии, о чём свидетельствуют совпадения на краях литосферных плит Северной Америки и Антарктиды. Произошло это событие 1150 млн. лет. Родиния, как считают некоторые учёные не являлась первым суперконтинентом в истории Земли, хотя достоверных фактов такого утверждения не найдено до сих пор.
900 млн. лет назад Родиния начала раскалываться. В результате раскола образовалось как минимум 8 крупных фрагментов или континентов.
На протяжении протерозойской эры произошло несколько эпох тектогенеза (складчатости). Так около 2 млрд. лет назад закончилась раннекарельская (Балтийский щит) или эбурнейская (Западная Африка) эпоха, длившаяся 250 млн. лет, которая вместе с последующей позднекарельской эпохой (гудзонской для Канадского щита и майомбской для Африки), протекавшей около 1700 млн. лет назад, сыграла решающую роль в формировании фундаментов всех древних платформ. Тектоно- магматические эпохи в интервале 1700- 1400 млн. лет (например, лаксфордская в Шотландии — около 1400 млн. лет) установлены лишь на отдельных континентах.
Планетарное значение имеет готская (Балтийский щит), или эльсонская (Канадский щит), эпоха эктазия-стения, но она выразилась не столько в складчатости геосинклинальных образований, сколько в повторном метаморфизме и гранитизации отдельных зон в пределах фундамента древних платформ. Следующая эпоха — дальсландская (Балтийский щит), гренвильская (Канадский щит), или сатпурская (Индостан), на рубеже эктазия и стения, явилась первой крупной эпохой складчатости геосинклинальных поясов Южной Америки и Вест-Индии.
Наконец с протерозоем связана байкальская складчатость, происходившая в течении тония, и предшествовавшая каледонской тектонической эпохе раннего палеозоя. Термин "байкальская складчатость" был предложен в 1932 г. Н.С. Шатским. Продолжительность складчатости первоначально принималась от завершения формирования толщи поднятия Балтийского щита (1200 млн. лет) до нижнего или даже местами до среднего кембрия (500 млн. лет). После детального изучения геологического строения Южной Скандинавии выяснилась вероятность существования на этом отрезке истории Земли не одной, а двух эпох: дальсландской (или раннебайкальской) и байкальской (или позднебайкальской) с границей между ними на уровне 900 млн. лет. Типичными районами развития геосинклинальных образований, сформировавшихся в результате байкальской складчатости (байкалид), являются складчатые системы южного обрамления Сибирской платформы. Байкалиды образуют древние ядра многих палеозойских складчатых массивов Урала, Таймыра, Казахстана, Тянь-Шаня, вероятно, значительных пространств фундамента Западно-Сибирской равнины и др. Присутствие древних массивов байкальской складчатости, в той или иной степени регенерированных альпийскими тектоническими движениями, установлено на Кавказе, в Афганистане, Иране и Турции. Одновозрастные с байкалидами структуры широко развиты на всех континентах. Структурный план Земли, созданный в течение байкальской складчатости, предопределил размещение главнейших структурных элементов Земли на протяжении всей её последующей истории.
В Западной Европе (Франция) аналогом байкальской складчатости является кадомская, или ассинтская складчатость. В Индии ранним байкалидам (дальсландидам) соответствует складчатость сингбумэринаура, мусгравиды, в Австралии и Северной Америке — гренвильский комплекс, в Южной Америке — минасский комплекс. В пределах многих древних платформ байкальская тектоническая эпоха явилась временем формирования древних тектонических борозд (авлакогенов), заполнявшихся мощными массами осадочных и осадочно- вулканогенных пород, слагающих нижние горизонты чехлов этих платформ.
Подобные авлакогены установлены бурением и геофизическими исследованиями в глубоких частях Восточно- Европейской и Сибирской платформ (Пачелмский, Московский, Среднерусский и др.).
Южные древние платформы Земли в период байкальской складчатости испытали процессы магматизма и метаморфизма.
Флора и фауна
На рубеже архея и протерозоя переход состава атмосферы от химически активного углекислотного к нейтральному, безусловно, должен был сказаться и на организации земной жизни.
По-видимому именно это событие послужило толчком к возникновению принципиально новых — эукариотных форм одноклеточных организмов и водорослей с чётко обособленным ядром и другими органоидами. Среди этих эукариотов были представители 3-х царств: грибов, растений и животных, разнообразие которых особенно возросло во второй половине протерозоя — 1700-542 млн. лет назад (ранее этот период назывался рифей). В начале этого временного промежутка появились одноклеточные растения, затем — примерно 1 млрд. лет назад — многоклеточные растения (зелёные и красные морские водоросли) и одноклеточные животные, и наконец 700 млн. лет назад возникли первые представители многоклеточных животных.
Наиболее древними находками многоклеточных животных являются, по-видимому, Charnia и Charnodiscus из толщи Чарнвуд-Форест в Великобритании. Богатая фауна неопротерозоя открыта в районе Эдиакара в Южной Австралии, где найдено около 1600 экземпляров животных, на основании изучения которых австралийскими геологами М. Глеснером и М. Уэйдом описано около 30 видов. Более 60% коллекции района относится к кишечнополостным. Особенно многочисленны медузы (Beltanella, Medusinites, Cyclomedusa) и проблематичные формы, близкие современным морским перьям (Rangea, Arborea). Велико разнообразие кольчатых червей (5 видов многощетинковых червей родов Spriggina, Dickinsonia). Кроме них имеются членистоногие (Precambridium) и животные неясного систематического положения (Tribrachidium).
Разнообразие фауны района, в т.ч. новых, до этого не известных науке видов животных, позволило учёным назвать её эдиакарской, по месту обнаружения. Впоследствии представители эдиакарской фауны были найдены во многих местах земного шара, в том числе в Северной и Южной Америке, в Африке, на Ньюфаундленде. На территории СНГ наиболее богатые сборы многоклеточных животных этой фауны сделаны в Приднестровье и на Летнем берегу Белого моря (Онежский полуостров), где известны медузоидные (Cyclomedusa plana, Pteridinium Dickinsonia) и другие формы. В скважинах на Восточно-Европейской платформе, примерно в тех же горизонтах, встречены своеобразные Vendia sokolovi и Beltanelliformis brunsae. Отдельные находки представителей эдиакаровой фауны имеются в разных районах Сибири.
Таким образом представители эдиакарской фауны были очень широко распространены по всей Земле, т.е. развитие мягкотелых многоклеточных животных, не имеющих минерального скелета, таких как книдарии, кольчатые и плоские черви, членистоногие и иглокожие, было общепланетарным. Жизнедеятельность животных протерозойской эры проявилась в виде следов ползания, проедания грунта, вырытых норок и отпечатков. Особенно впечатляют микрофоссилии, имеющие стенку органического происхождения. Такие микрофоссилии представлены не только бактериями, цианобионтами, беспозвоночными животными, нитчатыми водорослями, но, по-видимому, и спорами мхов. Если это так, то первыми наземными растениями могли быть верхнепротерозойские мхи.
Ну и конечно же были широко распространены строматолитовые известняки или строматолиты, сформированные цианобионтами в симбиозе с бактериями, ставшими первыми строителями рифов в истории Земли. Строматолитовые постройки во множестве родов, таких как Kussiella, Baicalia, Conophyton, Gymnosolen, Boxonia, Linella, были распространены в мелководных морях всего мира, но приблизительно 700 млн. лет назад их разнообразие начинает резко уменьшаться. По одной из теорий этому способствовали эукариотические травоядные организмы, деятельность которых положила начало кремнезёмной биоминерализации.
Важное значение для деления мезо- и нео- протерозоя имеют микрофитолиты, представляющие собой различные органогенные стяжения и сгустки, приуроченные к карбонатным породам (Vesicularites, Osagia и др.). Также в отложениях встречаются акритархи — мелкие тельца растительного происхождения размером 20-50 мкм, принимавшиеся ранее за споры и имеющие определённое стратиграфическое значение. Наиболее крупные из них (2- 3 мм) были описаны как Chuaria wimani Brotzen.
30.вендская фауна.особенности ее состава.
Вендская биота коренным образом отличается как от более раннего органического мира, так и от кембрийской биоты, которая характеризовалась внезапным, почти взрывным появлением многочисленных и таксономически разнообразных групп многоклеточных животных, обладавших минеральным скелетом.
Фауна венда представлена своеобразными многоклеточными животными, не имевшими минерального скелета. Лишь в самом конце венда появились мелкие формы с тубулярным хитиноидным или.минеральным скелетом.
Превосходная сохранность и обилие отпечатков бесскелетных животных свидетельствуют, что в это время организмы-деструкторы еще не играли той роли в трофических системах, которую им предстояло сыграть в будущем. Предполагается, что в венде существовали очень простые и короткие пищевые цепи. Осадки, отлагавшиеся на дне вендских морей, сравнительно слабо подвергались биологической переработке.
Характерная черта вендской фауны — гигантизм. Нередко встречаются отпечатки медузоид диаметром более полуметра, своеобразные дикинсонии (предположительно, плоские черви) и некоторые перистовидные колониальные чарнииды достигали метровой величины. Вполне вероятно, что гигантизм вендских животных свидетельствует о филогенетическом тупике их эволюции. Именно поэтому в большинстве случаев невозможно указать прямых потомков вендских животных среди кембрийских организмов. Наряду с гигантскими в венде существовали мелкие бесскелетные формы. Вероятно, их потомки могли дать вспышку скелетных беспозвоночных в начале кембрия.
Вендской фауне свойственно значительное разнообразие на более высоком таксономическом уровне, чем в рифее. Однако видовое разнообразие в большинстве групп представляется низким. Внезапное появление вендской фауны, вероятно, связано с крупной перестройкой внешней среды, вызванной как лапландским глобальным оледенением и последовавшими за ним потеплением и резко выраженной трансгрессией, так и изменениями газового состава атмосферы, а возможно, и космическими причинами.
Наиболее характерные формы вендских животных, обнаруженные М. А. Федонкиным в беломорском разрезе, представлены, на рис. 2. Реконструкции животных венда показаны на рис. 3.
Особые черты присущи и растительному миру венда. Это широчайшее распространение флоры, которая иногда образует покровы типа циновок, переходящие в многослойные пленки сапропеля. Специфический характер приобретают чуариаморфиды. Эти микропланктонные организмы обладали сфероидальными и вытянутыми формами и образовывали крупные скопления. Среди микрофитопланктона в венде возникли правильно организованные цепочечные, агрегатные колонии. Недавно открыты актиномицеты и грибы. Очень богат и разнообразен мелкий фитопланктон, достигший расцвета с максимумом распространения бесскелетных, многоклеточных.
31.скелетная революция.предпосылки возникновения организмов имеющих скелет и их особенности.Вклад в биогеохимические циклы
Итак, мы с вами расстались с вендскими экосистемами в момент, когда они пребывали в состоянии глубочайшего глобального кризиса (глава 6). «Эдиакарский эксперимент» окончился неудачей, и все эти загадочные крупноразмерные существа исчезли с лица Земли, не оставив после себя прямых потомков. Фитопланктонный кризис погубил все огромное разнообразие тогдашних акритарх; уцелели лишь немногие, причем морфологически однотипные, формы. В необратимый упадок пришли и бентосные сообщества прокариот строматолитообразователей; отныне они будут занимать в биосфере подчиненное положение. Хотя тогда появились и некоторые новые группы животных (например, сабелидитиды, строившие органические трубки), конец венда – это время, когда суммарное разнообразие живых организмов на нашей планете падает до рекордно низкого уровня (рисунок 23). И подобно тому, как на развалинах одряхлевшей империи возникает государство молодых энергичных «варваров», на смену докембрийской, прокариотной в своей основе, биосфере стремительно приходит современная, фанерозойская.
Самое же интересное заключается в том, что составляющие эту современную биоту таксоны (а их состав на уровне типов с той поры уже принципиально не менялся!) одновременно обзаводятся минеральным скелетом, причем процесс этот охватывает самые различные группы не только животных, но и водорослей. Вот что пишет, например, один из ведущих специалистов по этому отрезку геологической истории А.Ю. Розанов: «Начнем с того, что поражает любого исследователя, когда он изучает разрезы пограничных отложений докембрия и кембрия. Двигаясь вверх по разрезу от докембрийских пород к кембрийским, мы вдруг обнаруживаем в какой то момент, что порода насыщена многочисленными и разнообразными остатками организмов, облик которых уже более или менее привычен для нас. Здесь начинают встречаться обычные для всего фанерозоя остатки губок, моллюсков, брахиопод и других организмов. Непривычны только их размеры (первые миллиметры).»Пытаясь разобраться в причинах этого события, называемого обычно «кембрийской скелетной революцией», надо иметь в виду следующее. Обзавестись твердым скелетом – дело, конечно, «прибыльное», но весьма «капиталоемкое», требующее от организмов больших «первоначальных вложений» по энергии и веществу. Поэтому строить скелет способны лишь существа с достаточно высоким уровнем энергетического обмена, каковой возможен лишь начиная с некоторого уровня содержания на планете свободного кислорода (о «гипотезе кислородного контроля» – см. главу 5). Проанализируем теперь под этим углом зрения докембрийскую экологическую ситуацию.Начать тут придется издалека. Одной из самых важных задач современной океанологии является детальное изучение морских течений; это, помимо прочего, весьма важно для практики судовождения. С этой целью в воды Мирового океана ежегодно бросают, точно зафиксировав место и время, многие тысячи специальных буев; выловив впоследствии такой буй в другой точке океана, мы получаем представление о направлении и скорости движения переносивших его водных масс. Исследования эти стоят больших денег, а поскольку подавляющее большинство буев при этом безвозвратно теряется, эффективность метода не слишком высока. В связи с этим встал вопрос: а нельзя ли вместо буев найти какой нибудь естественную «метку» для океанских водных масс?Такая «метка» действительно существует: это просто напросто... пыль, которая всегда содержится в атмосфере и, понятное дело, постоянно оседает не только на крышку вашей парты, но и на поверхность океана. Химический состав этой атмосферной пыли в каждой точке Земли свой – на него влияет геохимия соответствующей территории, тип вулканической активности и т.д. А поскольку возможности аналитической химии по нынешнему времени почти безграничны (криминалисты, например, с легкостью определяют, в каком из месторождений мира было добыто контрабандное золото), то для реконструкции картины течений кажется достаточным просто зачерпнуть толику морской воды и установить, в каких именно местах Земли выпадала содержащаяся в воде пыль. Океанологи с энтузиазмом принялись за работу, и спустя небольшое время с изумлением обнаружили, что атмосферной пыли (равно как и вообще взвеси) в океанской воде практически не содержится; на подоконнике, к примеру, пыль будет скапливаться до тех пор, пока ее не сотрет дежурный по классу, а вот из океана она странным образом куда то улетучивается. Быстро осесть на дно пылинка не может – это можно доказать простыми физическими расчетами. В чем же дело?К тому времени было уже хорошо известно, какую титаническую работу осуществляют в морях животные фильтраторы, и прежде всего двустворчатые моллюски; согласно расчетам, одни только уже закартированные устричные банки прогоняют сквозь себя объем воды, равный всему Мировому океану, примерно за месяц! Однако двустворки очищают именно придонные слои воды, куда, как мы помним, пылинкам попасть довольно сложно... Вот тогда то и выяснилось, что планктонные фильтраторы, и прежде всего – ракообразные, играют в очищении океана роль ничуть не меньшую, чем бентосные. Отсутствие в водах океана сколь нибудь ощутимых количеств пыли, которая постоянно оседает на его поверхность, является результатом деятельности планктонных ракообразных: они очень быстро отфильтровывают взвесь, упаковывают ее в формируемые их пищеварительным трактом компактные комки отработанной органики – фекальные пеллеты, и отправляют на дно. Без пеллетной транспортировки взвеси мутность воды в океанах была бы несравненно выше.Именно такая ситуация и должна была наблюдаться в далеком прошлом. Как мы с вами помним, отсутствие в докембрии наземной растительности приводило к многократному усилению эрозии и формированию специфических выположенных ландшафтов – «не суша не море» (глава 5). Сток с континентов был в основном «плащевым» (т.е. по всей протяженности береговой линии), а равнинные реки и озера, являющиеся ныне главными отстойниками взвеси, отсутствовали. Воды, стекавшие с суши, были мутными, причем самой замутненной в итоге оказывалась именно прибрежная часть океана, наиболее богатая биогенами. Это чрезвычайно затрудняло утилизацию биогенов фитопланктоном из за узости фотической зоны и резко ограничивало общую продуктивность планктонной экосистемы.С другой стороны, иной оказывалась и организация самой водной массы. В современных океанах имеется верхний слой воды с резко выраженными сезонными колебаниями температуры – эпиталасса, и нижний, где температура на протяжении всего года практически неизменна – гипоталасса (в озерах им соответствуют эпи– и гиполимнион). На границе между этими слоями располагается узкая зона резкого изменения температуры – термоклин; в современных морях он находится на глубинах от 15 до 100 м. В условиях же замутненной воды энергия солнца практически не проникает глубже первых метров, и термоклин оказывается «подтянутым» под самую поверхность; водная масса оказывается жестко стратифицированой – т.е. разделенную на почти неперемешивающиеся между собою слои: узкую перегретую эпиталассу и относительно холодную, но при этом практически лишенную кислорода гипоталассу. Для этого времени были обычны донные осадки, резко обогащенные неокисленной органикой («черные сланцы»), которые считают несомненным показателем придонной аноксии (бескислородных условий); позже (начиная с кембрия) их распространение резко сократится. Ситуация аноксии («заморные обстановки») сильно затрудняла, или даже вообще исключала, существование донной фауны.И вот на границе венда и кембрия произошло событие, важность которого палеонтологи осознали лишь в самое последнее время (впервые эту идею высказал в 1985 г. А.Г.Пономаренко, а теперь она подтверждена геохимическими данными): в составе докембрийского зоопланктона (бесскелетного, и потому не имевшего шансов захорониться – см. главу 6) возникли достаточно эффективные фильтраторы, формировавшие фекальные пеллеты. Единичные фекальные пелеты были известны и раньше (еще в протерозое), однако именно начало кембрия – это время массового их распространения в морских отложениях.Следствием этого, вроде бы малозначительного, события стал целый каскад экосистемных перестроек. Уменьшение мутности воды привело к резкому расширению фотической зоны и росту продуктивности экосистем. Расширение же эпиталассы привело к разрушению жесткой температурной стратификации и некоторому обогащению кислородом нижележащих водных слоев. Мало того; мы с вами помним (из главы 6), что именно дисперсная органика, опускающаяся из фотической зоны, является причиной аноксии в придонных слоях – ибо на ее окисление там расходуется кислород; многие исследователи даже употребляют термин «эвтрофный океан». Теперь же органика эта стала, вместе с неорганическими частичками, поступать на морское дно в концентрированном, «упакованном» виде – в пеллетах. Органический детрит, обогащающий донные осадки, – это уже не удушающий эвтрофикатор, а ценный пищевой ресурс; содержание же кислорода в придонных слоях в результате возрастает до уровня, допускающего существование макроскопической донной фауны. Начиная с этого момента в системе возникает положительная обратная связь: придонная фауна в свою очередь начинает очищать воду от органической и минеральной взвеси, количество кислорода в итоге опять возрастает, это позволяет еще дальше наращивать разнообразие живых организмов, и т.д.Количество свободного кислорода на планете тем временем тоже увеличивается. Во второй половине венда в уже знакомых нам амфибиотических ландшафтах («ни суша, ни море») место цианобактериальных матов, с их потрясающим по совершенству балансом в производстве и потреблении органики, занимают сообшества водорослей (главным образом – нитчатых), которые иногда называют «водорослевыми болотами». В этих болотах, чрезвычайно широко распространенных во внетропической зоне, захоранивается огромное количество неокисленной органики, а именно такая ситуация (как мы помним из главы 5) вызывает накопление свободного кислорода. По видимому, сыграло свою роль и крупное Бойканурское оледенение, маркирующее границу венда и кембрия: мы уже помним (см. главу 6), что наличие льдов и психросферы облегчает «закачку» кислорода в глубокие слои океана, вентиляция же дна благоприятствует развитию бентоса.И вот, наконец, содержание свободного кислорода в океанах достигает той пороговой отметки, начиная с которой становится «экономически оправданным» обзаводиться такой дорогостоящей «высокой технологией», как минеральный скелет. Эта возможность немедленно и одновременно реализуется самыми разными группами животных – от простейших (радиолярии  и форамениферы) и губок до членистоногих и моллюсков, – а также растений (известковые водоросли): начинается «скелетная революция» в собственном смысле. Важная деталь: как отмечает А.Ю. Розанов (1986), химический состав этих скелетов, возникающих в самом начале кембрия, настолько разнообразен, что почти полностью исчерпывает все те варианты, которые будут затем возникать на протяжении всего фанерозоя.Самым лучшим, уникальным, местонахождением кембрийской фауны считают среднекембрийские сланцы Бёджес, открытые в 1912 г. в канадских Скалистых Горах (богатейшие местонахождения в Восточной Сибири, Китае и Гренландии изучены пока недостаточно); тип сохранности в Бёджес таков, что там могут захораниваться и «мягкие» организмы, не имевшие скелета. Так вот, оказалось, что число таких бесскелетных форм в кембрийской фауне даже больше, чем в вендской (хотя доля их теперь невелика). Это служит сильным доводом в пользу того, что в кембрии не появляется вдруг, как по мановению волшебной палочки, некая принципиально новая – «скелетная» – фауна (так иногда полагали прежде), а одевается скелетом та фауна, что уже существует – едва лишь открывается для этого возможность.Другой неожиданный вывод следует из изучения открытых в конце восьмидесятых годов в Швеции среднекембрийских фосфатных конкреций Ёрстен. При тамошнем типе сохранности фиксируются не покровные ткани (как в Бёждес), а микроскопические щетинки и иные твердые покровные элементы, видимые лишь под сканирующим электронным микроскопом. Оказалось, что в то время существовал многочисленный и очень разнообразный микрозоопланктон – трохофоры (личинки кольчатых червей), зоеа (личинки ракообразных) и т.п. Это позволяет вновь вернуться к гипотезе А.Ю.Розанова (1986) о том, что в кембрии в действительности произошло лишь увеличение размеров уже существовавших на тот момент планктонных организмов, которые по этой причине «выпали в осадок» – перешли к бентическому образу жизни; дополнительные аргументы обретают и построения М.Б. Бурзина (см. выше) о эволюции планктонных экосистем.Надо заметить, что мир первых скелетных организмов, сложившийся в начале кембрия (немакит далдынский ярус), был крайне своеобразен и в чистом виде просуществовал очень недолго, лишь до середины этого периода – хотя отдельные ого представители дожили до середины ордовика. В это время уже существовали достаточно многочисленные животные, имевшие раковины (моллюски и брахиоподы) и жилые трубки (сабелидиты, хиолиты) и т.п.; разнообразнейшие мелкие зубчики – конодонты представляли собою части ротовых органов древнейших вторичноротых – щетинкочелюстных и хордовых. Весьма характерны для этого мира приапулиды (в современных морях эта реликтовая группе насчитывает лишь 20 видов), а также лобоподы (представленные ныне микроскопическими тихоходками и обитающими в подстилке влажных тропических лесов онихофорами); видимо, именно к лобоподам принадлежат многие загадочные кембрийские организмы, вроде галлюциногении (оцените название!). Имелись и и многочисленные артроподоподобные формы (см. ниже) (рисунок 25, а д).Основу тогдашних экосистем, однако, составляли водоросли, строившие небольшие известковые постройки – биогермы, и чрезвычайно любопытная, как считалось, вымершая группа организмов – археоциаты. Археоциаты (по гречески – «древние кубки») представляют собой небольшие прикрепленные ко дну бокалы с двуслойной стенкой (рисунок 24); диаметр их колеблется от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, хотя в Сибири найдены и исполинские формы размером до 1,5 м. Природа их долго вызывала споры (неясно было даже – животные это или растения, или вообще отдельное царство), однако в последнее время почти все исследователи согласны с тем, что их следует относить к губкам. Более того – не так давно в Тихом океане была найдена странная глубоководная губка Vacletia, оказавшаяся по рассмотрении дожившим до наших дней археоциатом и пополнившая собою галерею «живых ископаемых» (вроде кистеперой рыбы или гинкго).
Губки занимают совершенно обособленное положение в системе животного царства и могут быть противопоставлены всем остальным многоклеточным животным: есть веские основания считать, что они ведут свое происхождение от иной группы простейших, нежели прочие метазоа. Существует, например, остроумная и неплохо аргументированная гипотеза Й. Райтнера (1991), согласно которой губки возникают как симбиоз бактериальной колонии с хоанофлагеллятными простейшими . Достигнутый губками уровень организации не позволяет назвать их многоклеточными в строгом смысле («многотканевыми» по Корлиссу), так что вроде бы нет ничего удивительного в том, что именно эта примитивнейшая группа животных открывает собою фанерозойскую летопись. Но это только на первый взгляд.Дело в том, что крайне низкий уровень клеточной интеграции оставляет губкам единственно возможную «профессию» – прикрепленный пассивный фильтратор органической взвеси. Любая губка (включая археоциат) представляет собою открытый сверху мешок, стенки которого пронизаны каналами; вода постоянно движется сквозь них во внутреннюю (парагастральную) полость, выходя затем наружу через верхнее отверстие (устье), а входящие в состав стенок каналов хоаноциты (воротничковые жгутиковые клетки) отфильтровывают содержащуюся в воде органику и бактерий. Вопрос для школьной олимпиады: какая сила заставляет воду двигаться сквозь каналы в неподвижной стенке? Ответ: та же самая, что создает печную тягу – разница давлений на высоте поддувала и на высоте конца трубы в соответствии с законом Бернулли : если водная среда, в которой находится губка, имеет ненулевую скорость, то слой движущейся жидкости над устьем создает «подсос». Известное дело: чем выше труба – тем лучше тяга; соответственно, губка может прокачивать сквозь себя воду лишь когда ее устье приподнято над субстратом. (Сходный механизм обеспечивает вентиляцию нор сусликов и иных грызунов. Тот из выходов, через который при рытье норы выбрасывали грунт, оказывается заключен в холмик "кротовину" и несколько приподнимается над землей; в итоге внутри норы возникает устойчивый ток воздуха от «низкого» выхода к «высокому»). Подъем же устья над субстратом можно обеспечить лишь при наличии твердого опорного скелета – органического или минерального (у современных губок есть оба варианта). Отсутствие в предшествующих отложениях этих легко обнаруживаемых скелетных элементов – спикул – свидельствует о том, что данная группа живых организмов действительно возникла лишь в начале кембрия (возможно, именно по схеме Райтнера – см. выше), т.е. когда уже несомненно существовали и настоящие многоклеточные животные.Вся геологическая история археоцат (появление, расцвет – около 300 родов, – упадок и вымирание) укладывается в крохотный по геологическим меркам интервал в 15 20 млн. лет – случай совершенно уникальный. Уже во второй половине кембрия эта процветавшая в начале периода группа исчезает «как с белых яблонь дым», и при этом на смену ей не приходит никто – то есть конкурентное вытеснение здесь предположить трудно. Создается впечатление, что археоциаты эксплуатировали некий ресурс, который сперва был в изобилии, а затем стал резко дефицитным. Сопоставляя экологию археоциат (по аналогии с современными губками) и изложенную выше картину вендско кембрийской биосферной перестройки можно предположить следующее. Группа эта процветала в тот относительно краткий и принципиально неустойчивый период, когда развитие пеллетного транспорта уже обогатило придонные слои кислородом, но еще не сконцентрировало большую часть органики внутри осадка; этот расклад, как полагает А.Г. Пономаренко, должен быть весьма благоприятен для «тонких» фильтраторов. Для того, чтобы эксплуатировать открывшийся ресурс, нет нужды в «квалифицированной рабочей силе» – вполне достаточно макроскопических организмов, даже не являющихся многотканевыми. Однако дальнейшее развитие ситуации с запасанием органики в осадке (что позволяет и сделать ее переработку более равномерной, и улучшить снабжение кислородом придонных слоев) резко ухудшает положение бактерий и пассивных фильтраторов, но зато благоприятствует илоедам. Время археоциат кончается, и наступает время трилобитов (рисунок 25, е ж) .Давайте теперь вернемся к графику, показывающему изменения разнообразия фауны на протяжении фанерозоя (Рисунок 23). Обсуждаемые нами события знаменуют собой формирование новой биоты, которая сохраняет достаточное единство на протяжении всего палеозоя, и гораздо более разнообразна, чем прежняя, «кембрийская» – и в таксономическом, и в экологическом отношении. В современной экологии достаточнно строго установлено, что смена эвтрофных условий на олиготрофные вызывает в экосистеме более «мелкую нарезку» экологических ниш, и соответственно, рост биологического разнообразия. Все это достаточно хорошо соответствует изложенным выше представлениям об «олиготрофизации» кембрийского океана за счет пеллетного транспорта.В бентосе тем временем к обитателям раковин и жилых трубок добавляются существа с принципиально иными типами твердого скелета – внутренним (хордовые) и подвижным наружным (членистоногие). Ситуация с членистоногими интересна тем, что они появились позднее многих типов животного царства (во втором веке кембрия – атдабанском), однако сразу в составе практически всех своих подтипов и классов – и ракообразные, и хелицеровые, и вымершие трилобиты, и множество удивительных существ, точная систематическая принадлежность которых до сих пор неясна (рисунок 25, в д).Недавно стало выясняться, что ситуация с кембрийскими «членистоногими» (Arthropoda) сходна с той, что была с вендобионтами (см. главу 5): по мере изучения оказывается, что значительная часть из них не может быть отнесена к настоящим артроподам. Например, выяснилось, что у аномалакариса – самого крупного, к слову сказать, животного того времени, достигавшего в размере 70 см – ротовые части состоят из четырех концентрически сходящихся лепестков, образующих нечто вроде зажимов цангового карандаша (рисунок 25, г). Эти лепестки никоим образом не могут представлять собою видоизмененные конечности, что является одним из ключевых диагностических признаков типа членистоногих.По всей видимости, целый ряд неродственных между собой групп начинает в это время независимо приобретать отдельные признаки членистоногих, и в результате они независимого достигают артроподного уровня организации. Подробнее о процессах параллельной эволюции, подобных этой «артроподизации», мы поговорим позже (в главе 12), пока же для нас существенно лишь само возникновение принципиально нового типа скелета, обладатели которого начинают играть ключевую роль в формирующихся экосистемах. Так, трилобиты становятся, по видимому, основными потребителями того самого «упакованного» органического детрита, обогащающего донные осадки, и могут считаться настоящей эмблемой палеозоя.К середине кембрия продуктивность и биологическое разнообразие достигают такого уровня, что у экосистем возникает нужда в «управляющем блоке» – верхних трофических уровнях, представленных специализированными хищниками макрофагами. И вот начинается интереснейший процесс – борьба за этот «государственный военный заказ» между несколькими, самыми мощными, «корпорациями» – наиболее эволюционно продвинутыми группами животных. Из курса зоологии вам должно быть известно, что самыми высокоорганизованными среди первичноротых являются членистоногие и моллюски, а вершину эволюции вторичноротых представляют собой позвоночные. Именно эти группы и начинают соревнование за открывшуюся вакансию.Первыми успеха добились членистоногие и близкие к ним артроподоподобные формы. Самым крупным хищником тех времен был аномалокарис; хищниками, как считают сейчас многие исследователи, были и самые первые трилобиты – лишь позднее эта группа перешла к детритофагии . Однако вскоре вперед вырвались моллюски: появившиеся в конце кембрия головоногие (это были малоподвижные формы, родственные современному наутилусу, но с незакрученной конической раковиной, так называемые прямые головоногие) безраздельно господствовали в придонных слоях океана примерно до середины силура; на ордовик приходится пик видового разнообразия этой группы животных (около 150 родов). Хищники из числа членистоногих (ракообразные и водные хелицеровые – мечехвосты и ракоскорпионы) и позвоночных (бесчелюстные – родственики современных миног) оказываются «неконкурентоспособными» и занимают в экосистемах подчиненное положение.Положение меняется в силуре, когда среди членистоногих появились крупноразмерные ракоскорпионы, а среди позвоночных – первые челюстноротые (настоящие рыбы). Судя по всему, обе эти группы возникли в опресненных прибрежных акваториях (типа лагун): здесь они были на первых порах избавлены от конкуренции с головоногими, которые избегают участков моря, «отравленных» стекающими с суши пресными водами. Именно в это время ракоскорпионы (например, Pterygotus) достигают длины свыше 2 м (а если с клешнями – то почти 3) и становятся властелинами силурийских морей – по крайней мере, их прибрежных участков (рисунок 26). Прямые головоногие не выдерживают конкуренции, и их разнообразие заметно сокращается; попытки спастись за счет гигантизма (раковины Endoceras, например, достигали 4 м в длину – хотя сам моллюск был, понятное дело, много меньше) не имели успеха.
Однако торжество членистоногих (в лице ракоскорпионов) оказалось недолгим, и виною тому была третья «конкурирующая корпорация» – позвоночные. До сих пор те держались в тени, и использовали лишь стратегию пассивной защиты – создание мощной наружной «брони»; таковы были панцирные бесчелюстные – остракодермы, и панцирные рыбы – плакодермы. И вот в девоне одна из групп плакодерм – артродиры – отказалась от «бронирования корпуса» в обмен на скорость и перешла к активному хищничеству. Вот тогда то и проявились все те – до поры скрытые – преимущества, что возникли ранее в результате превращения первой пары жаберных дуг в подвижные челюсти – великолепное средство нападения и защиты. Существа эти могли увеличивать размеры тела практически неограниченно: такие артродиры, как динихтис достигали 10 м в длину – одни из самых крупных рыб за всю историю (рисунок 26), тогда как ракоскорпионы уже «уперлись» в физиологический предел размеров для членистоногих. В итоге артродиры стали для того времени фактически «абсолютным оружием», превосходя любого противника и по вооружению, и по скорости.Членистоногие проиграли позвоночным эту схватку за крупный размерный класс вчистую: ничего подобного двухметровым силурийско раннедевонским ракоскорпионам среди них не появится уже никогда. Отныне они будут методично осваивать малый и средний размерный классы (длина тела самых крупных членистоногих – камчатского краба и мечехвоста – не превышает 70 см), в чем и преуспеют: это, как никак, самый процветающий ныне тип животного царства. А вот головоногие сумели тогда дать позвоночным достойный эволюционный ответ: хотя численность придонных прямых головоногих продолжала сокращаться, суммарное разнообразие группы начиная с середины девона (эмский век) стремительно пошло вверх. К концу периода (фаменский век) оно достигло своего максимума (почти 200 родов) благодаря появлению свернутых головоногих, имеющих спирально закрученную раковину – аммонитов.Дело в том, что прямые наутилоидеи обладали достаточно совершенным аппаратом регулирования плавучести (они меняли заполнение водою пустых камер раковины – в точности как подводная лодка заполняет и опорожняет балластные цистерны), но вот с горизонтальными перемещениями у них были большие проблемы. Головоногие движутся реактивным способом, выталкивая воду из мантийной полости через воронку, направленную вперед и располагающуюся в районе головы. Первые наутилоидеи «висели» вниз головой в придонных слоях воды и могли лишь «падать» на свою добычу сверху (рисунок 27, а). В дальнейшем они «завалили» раковину, сместив центр ее тяжести за счет неравномерного отложения карбоната кальция (на брюшной стороне больше, чем на спинной); вся конструкция в результате обрела способность к продольному движению (рисунок 27, б). Однако эта конструкция принципиально неустойчива в движении , т.к. центр тяжести и точка приложения реактивной тяги (воронка) должны находиться на противоположных концах тела животного: малейшее отклонение от линии тяги – и движущийся моллюск начнет кувыркаться. А вот у свернутых головоногих центр тяжести их спиральной раковины почти совпадает с сифоном, что и обеспечивает устойчивое продольное движение. Именно поэтому свернутые головоногие стали первой группой хищников, освоивших толщу воды. (Здесь необходимо заметить, что рыбы, например, будут продолжать «ходить по дну» почти до середины мезозоя: лишь тогда костные рыбы «изобретут» плавательный пузырь, а среди хрящевых рыб – появятся акулы современного типа, которые «не тонут» из за того, что находятся в постоянном движении.) Видимо, именно освоение трехмерного пространства привело к возникновению у позднепалеозойских головоногих самых совершенных (среди беспозвоночных) глаз и чрезвычайно усложненного мозга – то же самое, что произойдет позднее с птицами. Головоногие будут и дальше, на протяжении всего мезозоя, формировать верхние трофические уровни морских экосистем, успешно конкурируя не только с рыбами, но и с морскими рептилиями (ихтиозаврами, плезиозаврами и пр. – см. далее, главу 10). Многие из этих рептилий сами охотились на головоногих (в раковинах крупных аммонитов иногда находят застрявшие зубы этих хищников), а те в основном использовали стратегию пассивной защиты – увеличивая размеры тела. К юре аммониты достигли максимального своего размера, однако с появлением короткошейных плезиозавров – плиозавров, черепа которых достигали 3 м в длину, – эта стратегия себя исчерпала. Аммониты начали мельчать, пытаясь уйти за нижний предел оптимального размера жертвы (см. главу 6 а) , а разнообразие их – уменьшаться.И вновь головоногие нашли выход: с этого времени начинается расцвет групп, имеющих внутреннюю раковину – белемнитов и происходящих от них кальмаров. Вообще то белемниты появились еще в карбоне, однако до сих пор они пребывали на вторых ролях. Теперь же, когда возможности пассивной защиты оказались исчерпаны, стратегия белемнитов – отказ от раковины в обмен на увеличение скорости передвижения – оказывается генеральной линией эволюции головоногих. Судя по всему, внутреннераковинные головоногие оказались самыми скоростными обитателями мезозойского океана; они, казалось бы, должны столкнуться с тою же проблемой устойчивости в движении, что и прямые головогоногие (см. выше), однако их тело, лишенное раковины, способно выравнивать «полет» при помощи плавников стабилизаторов (рисунок 27, г). При этом отсутствие таких ограничителей роста, как твердые покровы членистоногих, позволяет им достигать очень крупных размеров. Современный гигантский кальмар достигает в длину 18 м (со щупальцами) и является самым крупным беспозвоночным (на коже китов находили отпечатки присосок кальмаров, длина которых оценивается в 30 м), а ведь в прошлом вполне могли существовать и более крупные виды! Как бы то ни было, внутреннераковинные головоногие успешно дожили до наших дней и вымирать явно не собираются. Достаточно сказать, что в пробах грунта из глубоководных частей Тихого океана число челюстей кальмаров на один квадратный метр варьирует от нескольких десятков до нескольких сотен, что дает некоторое представление о численности (и экологической роли) этих животных в современных морях.
Изменения в сообществе водных позвоночных мы подробнее проанализируем чуть позже, в главе . Здесь же мы лишь отметим, что с начала триаса верхние трофические уровни морских экосистем оказываются совершенно закрытыми для рыб: их формируют недавние вселенцы в море – хищные рептилии. Однако во второй половине мезозоя (примерно в одно время с началом расцвета внутреннераковинных головоногих) рыбы возвращают себе лидирующие позиции: в морях появились акулы современного типа – с челюстью, подвижной относительно мозговой капсулы, что позволяет им отрывать куски от жертвы большого размера (например, кита), а не глотать ее целиком . Именно они, возможно, конкурентно вытеснили по крайней мере часть морских рептилий (например, ихтиозавров). Самые крупные акулы жили в миоцене: Carcharodon megalodon (близкая родственница знаменитой белой акулы) достигала в длину 30 м; питалось это чудовище, по всей видимости, небольшими китами, пик разнообразия которых приходится как раз на время ее существования (рисунок 28). Самые же крупные из современных хищных акул  (белая, тигровая) питаются в значительной степени другими акулами, являясь, таким образом, подлиным венцом трофической пирамиды.
32.девонский период. Особенности геологического развития Земли и изменения в составе экосистем
Девонский период (дево’н) - четвёртый геологический период с начала палеозойской эры. Начался около 416 млн. лет назад, закончился 360 млн. лет назад. Продолжительность - 50 млн. лет. Девонская система как стратиграфическая единица подразделяется на 3 надотдела, 3 отдела и 7 ярусов. Тектоника и магматизм
Девонский период в отличие от других периодов палеозоя характеризуется сравнительно малым масштабом крупных структурных преобразований земной коры.
Начало периода характеризуется завершением каледонского тектогенеза; в ряде районов заканчивается формирование горноскладчатых структур. Однако стабилизировавшиеся каледонские структуры не переходят к платформенному этапу развития, а в них в пределах каледонских структур формируются так называемые наложенные впадины или унаследованные прогибы. С завершением каледонской эпохи тектогенеза начинает развиваться новая эпоха тектогенеза - герцинская. Подавляющая часть герцинских геосинклинальных прогибов, как и каледонских, возникла на байкальском складчатом основании. Герцинский тектогенез охватил все геосинклинальные пояса, известные с начала палеозоя.
На платформах продолжается дальнейшая дифференциация на синеклизы, впадины, выступы, возникают крупные и глубокие разломы. Начинается обособление главнейших современных прогибов (синеклиз) и поднятий (антеклиз), накапливаются преимущественно морские терригенно-карбонатные, карбонатные и соленосные отложения среднего и верхнего девона.
Магматизм в девонском периоде протекал довольно интенсивно. В геосинклинальных прогибах герцинского этапа развития широко проявился подводный вулканизм, а в пределах зон каледонской консолидации – надводный вулканизм. Образование новых структур сопровождалось внедрением по разломам основной и щелочной магмы. В ряде районов проявился активный базальтовый магматизм. В горных областях Казахстана, Южной Сибири, Сев-Вост. Азии (на месте некоторых участков платформ, байкалид, салаирид и каледонид) сформировались крупные наложенные впадины и унаследованные прогибы, которые заполнялись продуктами разрушения горных хребтов - красноцветной вулканогенно-обломочной и обломочной молассой (Минусинские, Рыбинская, Тувинская котловины и др.). Образование межгорных впадин и подъём разделяющих их хребтов сопровождались излияниями кислой и основной магмы повышенной щёлочности. Девонские щелочные интрузии известны также на Восточно-Европейской и Сибирской платформах, в областях байкальской, салаирской и каледонской складчатости. Вулканогенные породы накапливались во многих геосинклинальных девонских прогибах.
Важным событием девонского периода является заложение на юге Восточно-Европейской платформы узкого глубокого прогиба – Днепровско-Донецкого авлакогена. Начало развития этого прогиба сопровождалось образованием вдоль его краевых частей мощных расколов и сбросов. В результате этого обширное поднятие фундамента на юге Восточно-Европейской платформы разделилось и из него выделились Украинский щит и Воронежская антеклиза.
В раннедевонскую эпоху древние платформы почти везде были приподняты над уровнем моря. Континентальный режим всегда устанавливается после окончания тектонического этапа развития, в данном случае каледонского.В среднедевонскую эпоху наступила новая трансгрессия, которая наиболее сильно проявилась на Восточно-Европейской платформе.
На других платформах средне-позднедевонская трансгрессия моря либо проявлялась на сравнительно небольших площадях, либо вообще отсутствовала. В конце девонского периода снова произошло поднятие платформ и как следствие некоторая регрессия моря. В разрезе девонских отложений на платформах и во впадинах широко распространены соленосные и пестроцветные терригенные толщи, свидетельствующие об аридных условиях.
Животный и растительный мир
Животный мир девонского периода значительно изменился по сравнению с силурийским периодом. К концу периода почти полностью вымерли трилобиты, значительно сократились наутилоидеи, но одновременно с этим происходил бурный расцвет гониатитов, появившихся в конце силура; пластинчатожаберные и гастроподы изменились сравнительно слабо. Большую роль продолжали играть колониальные, а также одиночные кораллы, давшие ряд руководящих форм. Родовой состав брахиопод по сравнению с силурийским периодом уменьшился, но они продолжали оставаться господствующей группой среди донной фауны и дали много новых форм. Среди остальных типов беспозвоночных большого расцвета достигли низшие раки, криноидеи и мшанки. Позвоночные животные были представлены группой бесчелюстных, вымерших к концу периода, и настоящими рыбами. В конце периода появились первые наземные позвоночные - примитивные стегоцефалы. В девонском периоде существовали две зоогеографические провинции: Европейская (Европа, Урал, Сев. Америка, Индия) и Американская (Южн. и Сев. Америка, Китай, Алтай). В растительности девонского периода происходили существенные изменения: псилофиты, появившиеся в силуре, продолжали своё развитие в начале и в середине периода, а к концу его вымерли. В середине периода появились первые папоротникообразные, птеридоспермы, плауновые и хвощевые, достигшие высокого развития в верхнем девоне. Появилась почва.
На протяжении девонского периода от риниофитов произошли плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные и голосеменные растения, многие из них были представлены древесными формами (напр. археоптерисы). Появились первые наземные позвоночные. Палеонтологи предполагают, что лёгкие, которыми дышат наземные существа, первоначально возникли у обитавших в болотах рыб. От таких кистеперых рыб возникли земноводные. Одни из первых земноводных - ихтиостеги и акантостеги, обладали многими признаками рыб, но имели вполне сформированные конечности. Они были тесно связаны с водой, возможно что ещё теснее, чем современные лягушки. Появились пауки, клещи, насекомые - живые организмы обретали новые формы и осваивали сушу. Донные хищники ракоскорпионы - эвриптероидеи достигают в девоне 1,5 - 2 м. в длину. В морях в девонском периоде появились первые аммониты, которым предстояло испытать расцвет в мезозое. Часто девон называют "веком рыб", потому что именно в этот отрезок геологического времени бесчелюстные и челюстноротые заселяют практически все морские и пресноводные бассейны и достигают большого разнообразия.
33.переход от амфибий к рептиличм.Приспособления организмов для проживания на суше
В качестве примера «самой примитивной» амфибии служит обычно земноводное, имеющее череп рыбы из периода верхнего девона в Гренландии. Это животное демонстрировало как признаки рыб, так и признаки амфибий. Рутте (1985, с. 509) полагает, что «в нем можно различить 40% признаков рыб и 60% признаков амфибий». Наиболее ярким признаком рыб является усиленный благодаря костяным элементам хвостовой плавник, в то время как наиболее важным признаком четвероногих являются пятипалые конечности. Однако Ichthyostegа сама по себе обладает своими специфическим признаками и поэтому не может быть предшественником для других амфибий. однако верхняя часть их черепа по своему строению настолько специфична, что они не могут рассматриваться ни как предшественники других земноводных, ни ящеров каменноугольного периода. Судя по внешнему виду, их можно отнести к ранней побочной ветви, которая угасла, не оставив потомства». Риппель (1983, с. 127) также считает, что Ichthyostega не может рассматриваться в качестве прямого предшественника четвероногих, и эволюционное учение должно подыскать другого «близкого родственника», которого, однако, «палеонтология до сего времени предоставить не может». Известный биолог-эволюционист сэр Gavin de Beer писал еще в 1966 году, что Ichthyostega не может являться предком сухопутных позвоночных животных, так как «это животное недостаточно старо»
Против подобной последовательности в эволюционном процессе Eusthenopteron-Ichthyostega говорит также и тот факт, что оба животных были найдены в однородных отложениях (Old Red, верхний девон). Самым важным аргументом против эволюции четвероногих из рыб является, как и прежде, тот факт, что наличие именно четырех конечностей в основе их строения (особенно их соединение с позвоночным столбом) у Eusthenopteron абсолютно не выражено, а у Ichthyostega, напротив, присутствует. Какого либо следа перехода от одного вида скелета к другому не обнаружено.
К этому следует еще добавить, что сведения о палеозойских амфибиях никоим образом не проясняют происхождение существующих ныне амфибий. Эти ископаемые формы во многих аспектах были так высоко «развиты», что совершенно невозможно вывести от них происхождение современных лягушек и хвостатых. Так, например, в строении змеевидных земноводных периода нижнего карбона насчитывается 230 позвонков и не имеется никаких конечностей. Эволюционно-теоретическое толкование требует, таким образом, чтобы почти одновременно с приобретением конечностей для передвижения по суше (Ichthyostega) в одних группах амфибий другие в это же время их полностью лишались. Причины этого явления абсолютно неизвестны. Старк (1978, с. 18) констатирует: «Происхождение современных амфибий покрыто мраком».
От амфибии к рептилии
В отличие от амфибий рептилии обладают маложелезистой чешуйчатой кожей, у них нет метаморфоза, и они рождаются из амниотического яйца. Наряду с этим рептилии и амфибии можно различать также по таким отличительным признакам скелетов, как формирование затылочного сочленения, зубов или расположение конечностей (рис. 4).
Обнаруженную среди ископаемых пермского периода Seymouria иногда относят к амфибиям, а иногда к рептилиям. Фрайтаг (1980, с. 294) приводит 2 признака рыб, 18 - земноводных и 11 признаков рептилий. Но после того как мы признали, что произошел метаморфоз, мы должны ее однозначно отнести к амфибиям. Несмотря на то, что это животное обладало также признаками рептилий (оно является типичной мозаичной формой), его нельзя рассматривать прямым предком рептилий, так как истинных рептилий (так называемых основных рептилий или Cotylosauria) можно обнаружить уже в отложениях среднего и верхнего каменноугольного периода. Но это по сути своей невозможно - выводить происхождение «более старой» группы животных из «более молодой». Шнайдер и Рибер пишут (1984, с. 204):
«Долгое время Seymouria связывали с рептилиями, однако отличительные признаки черепа и стратиграфические основания противоречат этому». Поэтому мы вынуждены выводить происхождение истинных рептилий от других, вероятно, похожих на Seymouria предков. Однако, подобных животных палеонтология до сих пор не смогла найти.
34.основные группы терапсид.Разделение фауны на тероморфный и завроморфный мир
(Вымершие) - надотряд рептилий подкласса синапсид, объединяющий высших зверообразных ящеров, наиболее близких к млекопитающим. Как хищные, так и растительноядные формы. Пермь - юра. Отряда терапсид появился в поздней перми . Среди них были и специализированные растительноядные формы вроде HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000695e6.htm" дицинодонтов , и крупные хищники, такие, как HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000cc83d.htm" горгонопсиды , ( рис. 40, б и в ). К концу перми HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/reptilii/00035412.htm" пеликозавры вымерли, но раньше от них отделились зверозубые пресмыкающиеся - терапсиды - Therapsida (см. HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/reptilii/000371cb.htm" рис. 4 ). Адаптивная радиация последних шла в HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000498ca.htm" верхней перми - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/evol/0004e129.htm" триасе , при непрерывно возраставшей конкуренции со стороны прогрессивных рептилий - особенно HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/reptilii/0000b076.htm" архозавров . Размеры терапсид варьировали в широких пределах: от мыши до крупного носорога. Среди них были растительноядные - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/reptilii/000048b0.htm" Мосхопс - Moschops, HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/reptilii/0002d68d.htm" Иностранцевия - Inostrancevia и др. Некоторые мелкие формы имели, подобно грызунам, большие резцы и, видимо, вели HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/reptilii/0001f9b8.htm" роющий образ жизни . К HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000dae1d.htm" концу триаса - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000db3a5.htm" началу юры разнообразно и хорошо вооруженные архозавры полностью вытеснили зверозубых терапсид. Но уже в триасе какая-то группа мелких видов, вероятно, населявшая сырые, густо заросшие биотопы и способная к рытью убежищ, постепенно приобретала черты более прогрессивной организации и дала начало млекопитающим .
Еще недавно всех их считали просто "ящерами" ну, зубы там дифференцированы, эка важность! и именно в таком виде они обычно изображены в книжках по палеонтологии. Сейчас, однако, полагают, что продвинутые терапсиды гораздо более походили на млекопитающих: доказано, что они, в отличие от прочих рептилий, имели развитое HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/har/00406afe.htm" обоняние , слюнные железы и жесткие "усы" - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/00011c5c.htm" вибрисы осязательные волоски на морде (это можно установить исходя из того, как проходили поверхностные кровеносные сосуды черепа), а также "маммальное" HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0008249c.htm" строение поясов конечностей . Это были довольно "башковитые" создания их коэффициент цефализации (отношение веса мозга к весу тела) заметно выше, чем у современных им HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000d6d3f.htm" завроморфов . Предполагают, что по уровню метаболизма эти животные не уступали наиболее примитивным млекопитающим - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/mlekopit/00004e0c.htm" однопроходным (утконос и ехидна). Судя по всему, высшие терапсиды откладывали яйца, а детенышей выкармливали выделениями специальных желез - в точности, как однопроходные. Они были почти несомненно покрыты шерстью ( HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/har3/00131b97.htm" шерсть это не что иное, как "расползшиеся" на всю поверхность тела и ставшие достаточно густыми осязательные вибрисы), а значит, были HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0002bfc1.htm" теплокровными : иначе зачем нужен теплоизолирующий покров? Именно в одной из групп высших терапсид - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/00059f3f.htm" цинодонтов ( HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000db610.htm" рис. 40, д ) - начался в следующем, триасовом, периоде процесс, названный "параллельной маммализацией" (см. HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/00045b9e.htm" ЭВОЛЮЦИЯ НАЗЕМНЫХ ПОЗВОНОЧНЫХ В ПОЗДНЕМ МЕЗОЗОЕ ) и приведший в конечном счете к появлению настоящих HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/mlekopit/00036b27.htm" млекопитающих . Малый размерный класс ("субдоминантное сообщество") оказался для HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/ptyci/000428a8.htm" архозавров почти закрытым - ровно в той же степени, как крупный для тероморфов. Среди малоразмерных существ (менее 1 м) доминировали териодонты (и их прямые потомки - млекопитающие), а на вторых ролях выступали низшие диапсиды - ящерицы и клювоголовые (ныне от этой группы уцелела лишь гаттерия), питались они насекомыми и, реже, друг дружкой - фитофагии в малом размерном классе не было вовсе. Относительно мелкие HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/mlekopit/0003f9e7.htm" тероморфы , видимо, были оттеснены конкурентами и врагами в менее благоприятные биотопы (болота, заросли и т. п.). Жизнь в таких условиях требовала развития органов чувств и усложнения поведения, усиления общения особей. В этих группах некрупных и менее специализированных зверозубых (териодонтных) рептилий началась новая линия развития. Важно заметить, что в разных группах тероморфных рептилий независимо друг от друга (конвергентно) развивались HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/mlekopit/00042c57.htm" признаки и структуры, позднее ставшие характерными для млекопитающих .
синапси́ды (лат. Synapsida) или тероморфы (лат. Theromorpha, от др.-греч. θήρ, θηρίον — «зверь» и μορφή — «форма» — звероподобные) — звероящеры — таксономическая группа в составе амниот (наряду с завропсидами), возникшая около 320 млн лет назад. Одна из групп синапсид — Therapsida (терапсиды) — была предком млекопитающих.
ЗавроморфыНа протяжении большей части XX в. синапсиды считались одним из подклассов класса рептилий. Так, в монографии Р. Кэрролла[1] синапсиды выступали именно как подкласс класса Reptilia, включавший 2 отряда: Pelycosauria (пеликозавры) и Therapsida (терапсиды).
Позднее широкое распространение представлений, характерных для филогенетической систематики, привело к пересмотру классификации синапсид. Класс Reptilia в старом его объёме был признан парафилетической группой, и Synapsida были выведены из его состава, получив в конце XX в. статус самостоятельного класса.
Характерной чертой синапсид является наличие с каждой стороны их черепа одной височной впадины, расположенной ниже заглазничной кости (у завроптеригий — тоже одна височная впадина, но лежащая выше заглазничной кости, а у диапсид — две височные впадины). Височные впадины служат для выхода челюстных мышц, а их наличие позволяло амниотам более эффективно — по сравнению с земноводными и черепахами, череп которых не имел височных впадин — кусать свою добычу.
На протяжении триаса представители тероморфной линии оказываются вытесненными на далекую периферию эволюционной сцены, а их места занимают завроморфы -диапсиды ( рис. 41 ); последние к тому же осваивают такие ниши, которые до сих пор амниотам даже не снились - море и воздушное пространство. Триасовый упадок тероморфов, совсем уж было подошедших к тому, чтобы превратиться в маммалий, и внезапный расцвет "настоящих ящеров" одна из самых интригующих загадок палеонтологии; В.А. Красилов удачно назвал эту ситуацию "мезозойским зигзагом". Упрощенные объяснения типа "иссушения климата" смотрятся тут неубедительными хотя бы потому, что пермь была временем даже более аридным, чем триас.
В это время (триас) появляется целый ряд морских групп эвриапсид: дельфиноподобные ихтиозавры , более похожие на ластоногих плезиозавры (всем хорошо известны эласмозавры с очень длинной шеей и маленькой головой - "змея, продетая сквозь черепаху", но в юре существовали и короткошейные плиозавры с черепом длиною до 3 м), а также менее известные нотозавры и плакодонты , несколько похожие на тюленей ( рис. 42, а-г ). Именно тогда сделали попытку освоить море и амфибии лабиринтодонты ). Их возникновение вполне логично следует из рептилийной физиологии. См. Мускулатура белая и красная и разница в строении поясов конечностей .
Многие исследователи (например, Р.Кэрролл) полагают, что переход к водному образу жизни происходит у низших амниот особенно легко именно в силу низкой интенсивности их метаболизма, способности выдерживать недостаток кислорода (из-за использования анаэробных процессов для работы мышц) и низкой температуры тела (не выше, чем у окружающей воды). Иными словами: рептилии исходно предрасположены к обитанию в водной среде. Судя по наблюдениям над современными морскими игуанами, передвижение и питание в воде не требует от них структурной или физиологической перестройки; более того, при водной локомоции метаболические затраты этих ящериц составляют лишь четверть от тех, что потребны для перемещения по суше (благо тело в воде ничего не весит, по закону Архимеда). Рептилии без проблем становятся вторичноводными всякий раз, когда жить в воде становится выгоднее с точки зрения обилия пищи и/или отсутствия врагов и конкурентов. Так, в юре возникли морские крокодилы (ноги их превратились в настоящие ласты, и имелся специальный хвостовой плавник, как у ихтиозавра), в раннем мелу - морские черепахи , близкие к ныне живущим, а в позднем мелу - мозазавры , исполинские (до 12 м длиной) морские яшерицы-вараны ( рис. 42, д-е ).
35.Пермский период. Особенности геологического развития земли в этот период и экосистем(суша,море)
Изменения природных условий, начавшиеся в позднекаменноугольное время, еще больше проявились в пермском периоде, завершившем палеозойскую эру. Его название происходит от Пермской области в России. В начале этого периода море занимало Уральскую геосинклиналь – прогиб, следовавший согласно простиранию современных Уральских гор. Мелководное море периодически покрывало некоторые районы Англии, северной Франции и южной Германии, где накапливались слоистые толщи морских и континентальных осадков – песчаников, известняков, глинистых сланцев и каменной соли. Море Тетис существовало на протяжении большей части периода, и в районе северной Индии и современных Гималаев образовалась мощная толща известняков. Пермские отложения большой мощности представлены в восточной и центральной Австралии и на островах Южной и Юго-Восточной Азии. Они широко распространены в Бразилии, Боливии и Аргентине, а также в южной Африке.Многие пермские формации в северной Индии, Австралии, Африке и Южной Америке имеют континентальное происхождение. Они представлены уплотненными ледниковыми отложениями, а также широко распространенными водно-ледниковыми песками. В Центральной и Южной Африке этими породами начинается мощная толща континентальных отложений, известная как серия кару.В Северной Америке пермские моря занимали меньшую площадь по сравнению с предыдущими периодами палеозоя. Главная трансгрессия распространялась из западной части Мексиканского залива на север через территорию Мексики и проникла в южные районы центральной части США. Центр этого эпиконтинентального моря располагался в пределах современного штата Нью-Мексико, где сформировалась мощная толща известняков серии кэпитен. Благодаря деятельности подземных вод эти известняки приобрели сотовую структуру, особенно ярко выраженную в знаменитых Карлсбадских пещерах (шт. Нью-Мексико, США). Восточнее, в Канзасе и Оклахоме, отложились прибрежные фации красных глинистых сланцев. В конце перми, когда площадь, занятая морем, значительно сократилась, сформировались мощные соленосные и гипсоносные толщи.В конце палеозойской эры, отчасти в каменноугольном периоде и отчасти – в пермском, во многих районах начался орогенез. Мощные толщи осадочных пород Аппалачской геосинклинали были смяты в складки и разбиты разломами. В результате образовались горы Аппалачи. Этот этап горообразования в Европе и Азии называют герцинским, или варисцийским, а в Северной Америке – аппалачским.Растительный мир пермского периода был такой же, как и во второй половине каменноугольного. Однако растения имели меньшие размеры и не были так многочисленны. Это указывает на то, что климат пермского периода стал холоднее и суше. Беспозвоночные животные перми были унаследованы от предыдущего периода. Большой скачок произошел в эволюции позвоночных (рис. 13). На всех материках континентальные отложения пермского возраста содержат многочисленные остатки пресмыкающихся, достигавших в длину 3 м. Все эти предки мезозойских динозавров отличались примитивным строением и внешне были похожи на ящериц или аллигаторов, но иногда имели необычные особенности, например, высокий парусообразный плавник, протягивающийся от шеи до хвоста вдоль спины, у диметродона. Все еще многочисленными были стегоцефалы.В конце пермского периода горообразование, проявившееся во многих районах земного шара на фоне общего поднятия материков, привело к столь значительным изменениям окружающей среды, что начали вымирать многие характерные представители палеозойской фауны. Пермский период был заключительной стадией существования многих беспозвоночных, особенно трилобитов.
36.Пермско-триасовское вымирание и его причины
Оно было самым крупным морским вымиранием в истории Земли: тогда в морских группах вымерло 50 % семейств, 70 % родов и более 90 % видов (для сравнения: при HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000b918c.htm" мел-кайнозойском вымирании исчезло менее четверти семейств). Помимо прямого исчезновения множества палеозойских групп ( HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/dog/000c9539.htm" трилобиты , HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/dog/00109eaa.htm" палеозойские кораллы-ругозы и HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000d39be.htm" табуляты ), произошла радикальная HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0008ae61.htm" смена структуры морских экосистем . Роль основных HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000da9cd.htm" рифостроителей перешла от HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/dog/000616d2.htm" мшанок к HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/dog/00033d30.htm" кораллам , HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/00087c93.htm" донных фильтраторов - от HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/dog/0009c4b6.htm" брахиопод к HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/dog/000959a8.htm" двустворчатым моллюскам и т.п. Причины этой грандиозной фаунистической смены остаются загадкой; стандартные объяснения вроде "глобального катастрофического вулканизма" или морской регрессии, резко сократившей площадь шельфов (основной зоны обитания морских организмов) производят впечатление явно придуманных "за неимением лучшего".
Мне лично наиболее остроумной и логичной (хотя и не бесспорной) представляется гипотеза HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0001da52.htm" X.Таппан - специалиста по фитопланктону. В 1986 г. Таппан опубликовала работу под названием "Фитопланктон: за солью на планетарном столе (Phytoplancton: below the salt at the global table)"; название это требует пояснения.
В средневековом английском замке представители всех социальных слоев ели за общим длинным столом. Дворяне, рыцари и почетные гости сидели во главе, и большая солонка, стоящая примерно посередине стола, как бы отделяла их места от мест слуг, солдат и "гостей второй свежести", занимающих другой его конец; места эти называли, соответственно, "перед солью" и "за солью" ("above and below the salt"). Кушанья, как легко догадаться, подавали сперва на тот конец, что "перед солью", а "за соль" доходило уж что останется...
Так вот, по мысли Таппан, HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0003aadf.htm" наземная биота планеты всегда занимает место "во главе стола", а HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0003ee06.htm" океанская биота оказывается "за солью". Необходимые для жизнедеятельности фитопланктона биогены (прежде всего HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0004ba75.htm" азот и HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/genetic_sk/0002d6ff.htm" фосфор ) поступают с суши, за счет эрозии ; наземная растительность между тем стремится подавить эрозию и оставить как можно больше биогенов для собственного потребления (помните замыкание HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000a5229.htm" геохимических циклов ?).
Таким образом, все заметные эволюционные успехи наземной растительности замедляют поступление биогенов в океан, что со временем вызывает вымирание соответствующих групп HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000daefa.htm" фитопланктона ; фитопланктон же составляет основу первого трофического уровня любых морских экосистем, так что дальше разваливается вся цепь. Следует помнить, однако, что инерция такой системы огромна, и между "прогрессивным изменением" в наземной растительности и вызванным им "фитопланктонным шоком" в океане проходит ощутимый срок. Подойдя с этих позиций к пермо-триасовому и мел-палеогеновому морским вымираниям, мы увидим, что в поздней перми и в позднем мелу действительно произошли два серьезных изменения в структуре наземной растительности, прямо влияющие на регуляцию потока биогенов с суши. В перми высшая растительность впервые начинает заселять водоразделы, тормозя их прежде беспрепятственный размыв; этому способствует возникновение засухоустойчивых голосеменных (типа вольциевых) с пикноксилической древесиной и мелкими, сильно склеротизованными листьями (а также, как мы помним по разделу HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0000f03a.htm" ПОЗДНИЙ ПАЛЕОЗОЙ - РАННИЙ МЕЗОЗОЙ: КЛИМАТ, ФЛОРА И ФАУНА , появление насекомых с водными личинками). В позднем мелу появляется HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0009137d.htm" трава , образующая дернину; это наиболее эффективным образом подавляет HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000db32b.htm" эрозию .
Что же касается импактов, то они, по всей видимости, не представляют угрозы для сбалансированных, "здоровых" экосистем, но вот если те уже находятся в состоянии кризиса (вроде планктона, столкнувшегося с серьезными глобальными изменениями в порядке поступления биогенов), то кратковременная "астероидная зима" вполне способна сыграть роль камешка, вызвавшего лавину. Тут возможна аналогия с выпадением соли из перенасыщенного раствора: никому ведь не придет в голову считать причиной этого процесса упавший в сосуд кристаллик, непосредственно инициировавший его начало.
37.изменения состава экосистем суши с участием тероморфных форм
38.Причины , обусловившие установление господства завроморфных форм в мезозойскую эру
Мезозойская эра, подразделяемая на три периода, отличалась от палеозойской преобладанием континентальных обстановок над морскими, а также составом флоры и фауны. Наземные растения, многие группы беспозвоночных и особенно позвоночные животные приспособились к новым обстановкам и претерпели существенные изменения.
Триасовый период открывает мезозойскую эру. Его название происходит от греч. trias (троица) в связи с четким трехчленным строением толщи отложений этого периода в северной Германии. В основании толщи залегают красноцветные песчаники, в середине – известняки, а вверху – красноцветные песчаники и глинистые сланцы. На протяжении триаса значительные территории Европы и Азии были заняты озерами и мелководными морями. Эпиконтинентальное море покрывало Западную Европу, причем его береговая линия прослеживается на территории Англии. В этом морском бассейне и накапливались вышеупомянутые стратотипические осадки. Песчаники, залегающие в нижней и верхней частях толщи, отчасти имеют континентальное происхождение. Другой триасовый морской бассейн проникал на территорию северной России и распространялся к югу по Уральскому прогибу. Огромное море Тетис тогда покрывало примерно такую же территорию, как и в позднекаменноугольное и пермское время. В этом море накопилась мощная толща доломитовых известняков, которыми сложены Доломитовые Альпы северной Италии. На юге центральной Африки триасовый возраст имеет бóльшая часть верхней толщи континентальной серии кару. Эти горизонты известны обилием ископаемых остатков пресмыкающихся. В конце триаса на территории Колумбии, Венесуэлы и Аргентины образовались покровы алевритов и песков континентального генезиса. Пресмыкающиеся, найденные в этих слоях, обнаруживают удивительное сходство с фауной серии кару в южной Африке.
В Северной Америке триасовые породы не так широко распространены, как в Европе и Азии. Продукты разрушения Аппалачей – красноцветные континентальные пески и глины – накапливались во впадинах, расположенных восточнее этих гор и испытывавших погружение. Эти отложения, переслаивающиеся с горизонтами лавы и пластовыми интрузиями, разбиты разломами и имеют падение к востоку. В Ньюаркском бассейне в Нью-Джерси и долине р.Коннектикут им соответствуют коренные породы серии ньюарк. Мелководные моря занимали некоторые западные районы Северной Америки, где накапливались известняки и глинистые сланцы. Континентальные песчаники и глинистые сланцы триаса выходят по бортам Большого каньона (шт. Аризона).
Органический мир в триасовом периоде был существенно иным, чем в пермском периоде. Для этого времени характерно обилие крупных хвойных деревьев, остатки которых часто встречаются в триасовых континентальных отложениях. Глинистые сланцы формации чинл на севере Аризоны насыщены окременелыми стволами деревьев. В результате выветривания сланцев они обнажились и теперь образуют каменный лес. Широкое развитие получили саговниковые (или цикадофиты), растения с тонкими или бочонковидными стволами и свисающими с макушки рассеченными, как у пальм, листьями. Некоторые виды саговниковых существуют и в современных тропических районах. Из беспозвоночных самыми распространенными были моллюски, среди которых преобладали аммониты (рис. 14), имевшие отдаленное сходство с современными наутилусами (или корабликами) и многокамерную раковину. Существовало много видов двустворчатых моллюсков. Значительный прогресс произошел в эволюции позвоночных. Хотя стегоцефалы были еще довольно обычны, преобладать стали пресмыкающиеся, среди которых появилось множество необычных групп (например, фитозавры, форма тела которых была, как у современных крокодилов, а челюсти узкие и длинные с острыми коническими зубами). В триасе впервые появились настоящие динозавры, эволюционно более развитые, чем их примитивные предки. Конечности у них были направлены вниз, а не в стороны (как у крокодилов), что позволяло им передвигаться подобно млекопитающим и поддерживать тело над землей. Динозавры передвигались на задних ногах, удерживая равновесие при помощи длинного хвоста (как кенгуру), и отличались небольшим ростом – от 30 см до 2,5 м. Некоторые пресмыкающиеся приспособились к жизни в морской среде, например ихтиозавры, туловище которых походило на акулье, а конечности трансформировались в нечто среднее между ластами и плавниками, и плезиозавры, туловище которых стало уплощенным, шея вытянулась, а конечности превратились в ласты. Обе эти группы животных стали более многочисленными в последующие этапы мезозойской эры.
Юрский период
получил свое название от гор Юра (в северо-западной Швейцарии), сложенных многослойной толщей известняков, глинистых сланцев и песчаников. В юре произошла одна из крупнейших морских трансгрессий в Западной Европе. Огромное эпиконтинентальное море распространялось на большей части Англии, Франции, Германии и проникало в некоторые западные районы европейской России. В Германии известны многочисленные выходы верхнеюрских лагунных мелкозернистых известняков, в которых были обнаружены необычные ископаемые. В Баварии, в знаменитом местечке Золенхофен, найдены остатки крылатых пресмыкающихся и оба из известных видов первых птиц.Море Тетис простиралось от Атлантики через южную часть Пиренейского п-ова вдоль Средиземного моря и через Южную и Юго-Восточную Азию выходило к Тихому океану. Бóльшая часть северной Азии в этот период располагалась выше уровня моря, хотя эпиконтинентальные моря с севера проникали в Сибирь. Континентальные отложения юрского возраста известны в южной Сибири и северном Китае.Небольшие эпиконтинентальные моря занимали ограниченные площади вдоль побережья западной Австралии. Во внутренних районах Австралии имеются выходы юрских континентальных отложений. Бóльшая часть Африки в юрский период располагалась выше уровня моря. Исключение составляла ее северная окраина, заливавшаяся морем Тетис. В Южной Америке вытянутое узкое море заполняло геосинклиналь, размещавшуюся примерно на месте современных Анд.В Северной Америке юрские моря занимали весьма ограниченные территории на западе материка. Мощные толщи континентальных песчаников и кроющих глинистых сланцев накопились в районе плато Колорадо, особенно к северу и востоку от Большого каньона. Песчаники образовались из песков, слагавших пустынные дюнные ландшафты котловин. В результате процессов выветривания песчаники приобрели необычные формы (как, например, живописные остроконечные пики в национальном парке Зайон или национальный памятник Рейнбоу-Бридж, представляющий собой возвышающуюся на 94 м над дном каньона арку с пролетом 85 м; эти достопримечательности находятся в штате Юта). Отложения глинистых сланцев формации моррисон знамениты находками 69 видов ископаемых динозавров. Тонкодисперсные осадки в этом районе, вероятно, накапливались в условиях заболоченной низины.Растительный мир юрского периода в общих чертах был сходен с существовавшим в триасе. Во флоре доминировали саговниковые и хвойные древесные породы. Впервые появились гинкговые – голосеменные широколиственные древесные растения с опадающей осенью листвой (вероятно, это связующее звено между голосеменными и покрытосеменными растениями). Единственный вид этого семейства – гинкго двулопастный – сохранился до настоящего времени и считается самым древним представителем древесных, поистине живым ископаемым.Юрская фауна беспозвоночных весьма сходна с триасовой. Однако более многочисленными стали кораллы-рифостроители, широко распространились морские ежи и моллюски. Появились многие двустворчатые моллюски, родственные современным устрицам. Все еще были многочисленны аммониты.Позвоночные были представлены преимущественно пресмыкающимися, поскольку стегоцефалы вымерли в конце триаса. Динозавры достигли кульминации своего развития. Такие травоядные формы, как апатозавры и диплодоки, стали передвигаться на четырех конечностях; многие имели длинные шею и хвост. Эти животные приобрели гигантские размеры (до 27 м в длину), а некоторые весили до 40 т. У отдельных представителей травоядных динозавров меньших размеров, например стегозавров, развился защитный панцирь, состоявший из пластин и шипов. У плотоядных динозавров, в частности аллозавров, сформировались крупные головы с мощными челюстями и острыми зубами, в длину они достигали 11 м и передвигались на двух конечностях. Другие группы пресмыкающихся тоже были весьма многочисленны. В юрских морях обитали плезиозавры и ихтиозавры. Впервые появились летающие пресмыкающиеся – птерозавры, у которых развились перепончатые крылья, как у летучих мышей, а масса уменьшилась за счет трубчатых костей.Появление птиц в юре – важный этап в развитии животного мира. В лагунных известняках Золенхофена были обнаружены два птичьих скелета и отпечатки перьев. Однако эти примитивные птицы еще имели много черт, общих с пресмыкающимися, включая острые зубы конической формы и длинные хвосты.Юрский период завершился интенсивной складчатостью, в результате которой на западе США сформировались горы Сьерра-Невада, которые простирались дальше на север в пределы современной западной Канады. Впоследствии южная часть этого складчатого пояса снова испытала поднятие, которое предопределило строение современных гор. На других материках проявления орогенеза в юре были незначительны.
Меловой период.
 В это время накапливались мощные слоистые толщи мягкого слабо уплотненного белого известняка – мела, от которого произошло название периода. Впервые такие слои были изучены в обнажениях по берегам пролива Па-де-Кале близ Дувра (Великобритания) и Кале (Франция). В других частях света отложения соответствующего возраста тоже называют меловыми, хотя там встречаются и другие типы пород. В меловой период морские трансгрессии охватывали значительные части Европы и Азии. В центральной Европе моря заливали два субширотных геосинклинальных прогиба. Один из них располагался в пределах юго-восточной Англии, северной Германии, Польши и западных районов России и на крайнем востоке достигал субмеридионального Уральского прогиба. Другая геосинклиналь, Тетис, сохраняла свое прежнее простирание в южной Европе и северной Африке и соединялась с южной оконечностью Уральского прогиба. Далее море Тетис продолжалось в Южной Азии и восточнее Индийского щита соединялось с Индийским океаном. За исключением северной и восточной окраин, территория Азии на протяжении всего мелового периода не заливалась морем, поэтому там широко распространены континентальные отложения этого времени. Мощные слои меловых известняков представлены во многих районах Западной Европы. В северных районах Африки, куда заходило море Тетис, накопились большие толщи песчаников. Пески пустыни Сахара образовались в основном за счет продуктов их разрушения. Австралия покрывалась меловыми эпиконтинентальными морями. В Южной Америке на протяжении большей части мелового периода Андский прогиб заливался морем. Восточнее его на значительной территории Бразилии отложились терригенные алевриты и пески с многочисленными остатками динозавров.В Северной Америке окраинные моря занимали береговые равнины Атлантического океана и Мексиканского залива, где накапливались пески, глины и меловые известняки. Другое окраинное море располагалось на западном побережье материка в пределах Калифорнии и доходило до южных подножий возрожденных гор Сьерра-Невада. Однако последняя самая крупная морская трансгрессия охватила западные районы центральной части Северной Америки. В это время сформировался обширный геосинклинальный прогиб Скалистых гор, и огромное море распространялось от Мексиканского залива через современные Великие равнины и Скалистые горы на север (западнее Канадского щита) вплоть до Северного Ледовитого океана. Во время этой трансгрессии была отложена мощная многослойная толща песчаников, известняков и глинистых сланцев.
В конце мелового периода происходил интенсивный орогенез в Южной и Северной Америке и Восточной Азии. В Южной Америке осадочные породы, накопившиеся в Андской геосинклинали за несколько периодов, были уплотнены и смяты в складки, что привело к образованию Анд. Аналогичным образом в Северной Америке на месте геосинклинали сформировались Скалистые горы. Во многих районах мира усилилась вулканическая деятельность. Лавовые потоки покрыли всю южную часть п-ова Индостан (таким образом сформировалось обширное плато Декан), а небольшие излияния лавы имели место в Аравии и Восточной Африке. Все материки испытали значительные поднятия, и произошла регрессия всех геосинклинальных, эпиконтинентальных и окраинных морей.Меловой период ознаменовался несколькими крупными событиями в развитии органического мира. Появились первые цветковые растения. Их ископаемые остатки представлены листьями и древесиной пород, многие из которых растут и в настоящее время (например, ива, дуб, клен и вяз). Меловая фауна беспозвоночных в целом аналогична юрской. Среди позвоночных животных наступила кульминация видового разнообразия пресмыкающихся. Существовали три основные группы динозавров. Хищные с хорошо развитыми массивными задними конечностями были представлены тираннозаврами, которые в длину достигали 14 м, а в высоту – 5 м. Получила развитие группа двуногих травоядных динозавров (или траходонтов) с широкими уплощенными челюстями, напоминающими утиный клюв. Многочисленные скелеты этих животных встречаются в меловых континентальных отложениях Северной Америки. К третьей группе относятся рогатые динозавры с развитым костяным щитом, защищавшим голову и шею. Типичный представитель этой группы – трицератопс с коротким носовым и двумя длинными надглазными рогами.В меловых морях обитали плезиозавры и ихтиозавры, появились морские ящерицы мозазавры с вытянутым туловищем и сравнительно небольшими ластовидными конечностями. Птерозавры (летающие ящеры) утратили зубы и лучше передвигались в воздушном пространстве, чем их юрские предки. У одного из видов птерозавров – птеранодона – размах крыльев достигал 8 м.
Известны два вида птиц мелового периода, сохранившие некоторые морфологические особенности рептилий, например размещенные в альвеолах зубы конической формы. Один из них – гесперорнис (ныряющая птица) – приспособился к жизни в море.Хотя переходные формы, больше похожие на рептилий, чем на млекопитающих, известны с триаса и юры, впервые многочисленные остатки настоящих млекопитающих были обнаружены в континентальных верхнемеловых отложениях. Примитивные млекопитающие мелового периода отличались небольшими размерами и чем-то напоминали современных землероек.Широко развитые на Земле процессы горообразования и тектонические поднятия материков в конце мелового периода привели к столь значительным изменениям природы и климата, что многие растения и животные вымерли. Из беспозвоночных исчезли господствовавшие в мезозойских морях аммониты, а из позвоночных – все динозавры, ихтиозавры, плезиозавры, мозазавры и птерозавры.
39.Особенности мезозойских биотических сообществ суши и моря
Как уже было сказано, история наземных экосистем - это фактически история трех групп живых организмов: сосудистых растений, насекомых и позвоночных-тетрапод, а также их взаимоотношений. Основу окружающего нас кайнозойского мира составляют цветковые растения и экологически связанные с ними группы насекомых (таких, как, например, опылители - пчелы, мухи, бабочки), а также общественные насекомые (муравьи и термиты); наиболее заметными членами сообщества позвоночных являются плацентарные млекопитающие и птицы. Если говорить о водоемах, то тут доминируют настоящие костистые рыбы; верхние трофические этажи в морях формируют морские млекопитающие (китообразные и ластоногие) и акулы современного типа.
Мезозойский мир выглядел совершенно иначе. Растительную основу его составляли голосеменные (помимо хвойных - очень разнообразные гинкговые, саговники и родственые им беннетиты), в сообществе позвоночных доминировали архозавры - динозавры на земле, птерозавры в воздухе. Рыбы представлены в основном ганоидами [67], в морях главными хищниками являлись эвриапсидные рептилии (ихтиозавры и плезиозавры), а также головоногие (аммониты и белемниты). Различия среди насекомых не менее существенны: в те времена доминировали занимающие ныне подчиненное положение тараканы, цикады, сетчатокрылые и скорпионницы. Когда же именно возник этот наш кайнозойский мир? Произошла ли эта смена более или менее единовременно во всех группах, либо была растянутой во времени? Было ли это плавным замещением "ветеранов" "новобранцами", или, напротив, кризисом, сопряженным с массовыми вымираниями мезозойских групп?
О резких изменениях планетарной биоты в конце мелового периода ученые знали уже в XVIII веке; происходившие тогда события часто называют "Великим вымиранием". Наибольшее внимание обычно привлекает исчезновение гигантских рептилий (динозавров и птерозавров на суше, плезиозавров и мозозавров в море), однако помимо них в это время вымирают аммониты и белемниты, иноцерамы и рудисты (крупные - размером до метра - двустворки) и еще множество морских групп. Особено сильно пострадал планктон: раковинные простейшие - радиолярии и форамениферы, одноклеточные водоросли с известковым (кокколитофориды) и кремнеземовым (диатомеи) скелетом. При этом меловые виды обычны и разнообразны вплоть до последнего миллиметра отложений перед мезозойско-кайнозойской границей. Из данных магнитостратиграфии следует, что наибольшие изменения фауны соответствуют периоду обращенной полярности магнитного поля Земли (так называемый интервал 39), длившемуся не более 500 тыс лет. Иными словами, смена мезозойской биоты на кайнозойскую произошла внезапно и очень быстро, что наводит на мысль о какой-то глобальной катастрофе; а поскольку изменения эти охватили как морские, так и сухопутные группы, экологически не связанные между собою, логично связать ее с какой-то внешней по отношению к биосфере причиной - земной (катастрофический вулканизм и т.п.) или космической (вспышка сверхновой, многократное усиление излучения из космоса из-за переполюсовки магнитного поля планеты, падение гигантского астероида и т.п.).
Здесь следует сделать одно отступление, касающееся методологии. Мы с вами уже говорили о том, что основу европейского научного мышления составляет "Бритва Оккама" (см. главу 1-а) - из нескольких конкурирующих гипотез выбирается наиболее простая, не вводящая "избыточных сущностей". Всё так, но только вот представления о "простоте" и о том, какие из сущностей являются "избыточными" могут довольно сильно различаться у представителей разных наук.
Применительно к нашему конкретному случаю это означает следующее. Для физика более простыми, а потому более привлекательными, будут "однофакторные", импактные, гипотезы (извергнулись разом все вулканы - и всё живое отравилось серой и тяжелыми металлами; упал астероид - и поднятая им пыль настолько замутнила атмосферу, что растения перестали фотосинтезировать); представления же о системных свойствах биосферы являются "избыточными".
Иное дело - биолог; для него вполне очевидно, что экосистемы и биосфера являют собою не механические наборы живых организмов (вроде террариумов на Птичьем рынке), а высокоцелостные гомеостаты, обладающие своим собственным поведением, способные кондиционировать среду своего обитания и эффективно противостоять внешним возмущениям. Поэтому с точки зрения биолога более простыми будут гипотезы, предполагающие внутренние причины экосистемных смен - даже наиболее резких, кризисных (превращения червеобразной гусеницы в твердую неподвижную куколку, а куколки - в бабочку выглядят со стороны явными "кризисами" в процессе индивидуального развития насекомого), а внешние воздействия - "избыточной сущностью", которую можно привлекать лишь после того, как исчерпаны все иные, "внутрибиосферные" варианты объяснения. Это различие между "физиками" и "биологами" (названия эти, разумеется, условны) носит в некотором смысле мировоззренческий характер, и оттого лучше загодя обозначить свою позицию; я, как легко догадаться, занимаю "биологическую" позицию - положение обязывает...
Итак, возвращаемся к "Великому вымиранию". В середине 60-х годов при исследовании разреза пограничных мел-кайнозойских отложений в Губбио (Италия) в тонком слое глины, соответствующем фаунистической границе (его возраст - 67 млн лет), была обнаружена необычайно высокая концентрация редкого металла иридия (Ir), в 20 раз превышающая его среднее содержание в земной коре. Впоследствии такие иридиевые аномалии на мел-кайнозойской границе были найдены во множестве мест по всему миру, а содержание металла в некоторых из них превышает фоновое в 120 раз; протяженность периода, когда накапливались эти осадки, была (судя по толщине их слоя) очень невелика - не более 10 тысяч лет. В земной коре иридий редок потому, что он хорошо растворим в железе: почти весь земной иридий сконцентрирован сейчас в ядре планеты. Соответственно, его довольно много в веществе железных метеоритов, представляющих собой фрагменты планетных ядер.
На этом основании Л. Алварес (1980) предположил, что иридиевая аномалия - следствие удара о Землю крупного астероида, вещество которого рассеялось по всей ее поверхности (астероидная гипотеза). Чтобы дать наблюдаемое количество иридия, требуется тело внеземной природы диаметром приблизительно 10 км и массой 1010 т; при его падении на сушу возникла бы воронка диметром около 100 км (главным претендентом на эту роль считают кратер Чикксулуб на Юкатанском полуострове). Расчеты показывают, что при таком ударе в атмосферу было выброшено огромное количество пылевидного материала (в 60 раз больше массы самого астероида). Альварес и его сторонники полагают, что эта пыль обращалась вокруг Земли несколько лет, прежде чем выпала обратно на поверхность. Это плотное пылевое облако, сквозь которое слабо проходит солнечный свет, должно было сильно ослабить фотосинтез, что привело к гибели растений (прежде всего -планктонных водорослей, имеющих очень короткий жизненный цикл), а затем и питающихся ими животных. Кроме того, это должно было вызвать резкое охлаждение поверхности планеты ("астероидная зима"). В воде океанов из-за ослабления фотосинтеза накапливается CO2, что ведет к повышению ее кислотности, а это, в свою очередь, - к растворению раковин карбонатсекретирующих организмов (от фораменифер до иноцерамов).
Р. Кэрролл (1993) в своем учебнике палеонтологии пишет: "Ученые-физики, признавая основные выводы Альвареса, оспаривают некоторые детали. Специалисты по ископаемым остаткам обычно настроены очень критически"; А.Г. Пономаренко весьма точно отразил отношение палеозоологов к "импактным" гипотезам, завершив соответствующую лекцию словами: "К несчастью, воззрения эти в последние годы распространились, как чума". Палеонтологи, конечно, не могут профессионально оценить математические модели, из коих следует принципиальная, теоретическая возможность наступления "астероидной зимы" (хотя по некоторым расчетам пыль должна была осесть не через несколько лет, а уже через несколько недель, а гидрохимики напоминают о существовании в морской воде карбонатно-бикарбонатного буфера, изменить кислотность которого чрезвычайно трудно), но вот о конкретных событиях конца мела им очень даже есть чего сказать. Суть дела в том, что наличие причинной связи между иридиевой аномалией (которая факт) и позднемеловым вымиранием (которое тоже факт), вообще-то говоря, решительно ни из чего не следует.
Начнем с того, что иридиевых аномалий в отложениях самого различного возраста найдено (с той поры, как их стали целенаправленно искать) уже несколько десятков - но только они никак не связаны с крупными фаунистическими сменами. И наоборот - все попытки обнаружить следы астероидных импактов в горизонтах, соответствующих другим крупным вымираниям, таким, например, как пермо-триасовое (по справедливости "Великим" следовало бы назвать именно его - оно было куда более масштабным, чем мел-палеогеновое) ни к чему не привели. Существует целый ряд точно датированных метеоритных кратеров даже более крупного размера, чем предполагаемый Альваресом (до 300 км в диаметре), и при этом достоверно известно, что ничего серьезного с биотой Земли в те моменты не происходило. Скурпулезное, "по миллиметрам", изучение пограничных разрезов показало, что синхронность иридиевой аномалии и "Великого вымирания" сильно преувеличена. Массовое вымирание морских организмов было "мгновенным" лишь по геологическим меркам и продолжалось, по разным оценкам, от 10 до 100 тысячелетий (а вовсе не годы - как это должно было быть по импактным моделям). Последовательность исчезновения планктонных организмов в разных местах неодинакова, а пики вымирания могут расходиться со временем иридиевой аномалии на десятки тысяч лет, причем многие группы (например, белемниты) вымирают до аномалии, а не после нее.
В этом смысле весьма показательна ситуация с Эльтанинским астероидом (около 4 км в поперечнике), упавшим в позднем плиоцене, около 2.5 млн лет назад, на шельф между Южной Америкой и Антарктидой; остатки астероида были недавно подняты из образовавшегося в морском дне кратера. Последствия этого падения выглядят вполне катастрофическими - километровые цунами забрасывали морскую фауну вглубь суши; именно тогда на андийском побережье возникли очень странные захоронения фауны со смесью морских и сухопутных форм, а в антарктических озерах вдруг появляются чисто морские диатомовые водоросли. Что же касается отдаленных, эволюционно значимых последствий, то их просто не было: следы этого импакта заключены внутри одной стратиграфической зоны. То есть - абсолютно никаких вымираний за всеми этими ужасными пертурбациями не последовало.
Обращает на себя внимание тот факт, что из всех групп, ставших жертвами "Великого вымирания", наземными были лишь динозавры (которые к тому же, как мы помним, вымерли несколько позже иридиевой аномалии); не морской группой были и вымершие тогда же птерозавры, но те, судя по всему, были трофически связаны с морем. (Кстати, упоминавшееся выше грандиозное пермо-триасовое вымирание было чисто морским - на суше тогда тоже не произошло ничего примечательного.) Если же обратиться к меловой континентальной биоте, то окажется, что радикальные изменения в составе ее ключевых групп (растений и насекомых) произошли примерно на 30 млн лет раньше - в конце раннего мела; А.Г. Пономаренко удачно назвал эти события "ангиоспермизацией мира", выделив важнейшую их черту - массовое распространение ангиоспермов (цветковых растений). Здесь можно вспомнить, что ботаники иногда стремятся использовать свою собственную временную шкалу и делить историю растительности не на "палеозой, мезозой и кайнозой", а на "палеофит, мезофит и кайнофит". Так вот, граница между "мезофитом" и "кайнофитом" проходит внутри мелового периода: с точки зрения ботаника (и - как мы увидим дальше - энтомолога) поздний мел - это фактически уже кайнозой.
Появление и распространение покрытосеменных - одно из ключевых событий в истории биосферы, а вызванные им изменения сопоставимы по своим масштабам с появлением наземных (сосудистых) растений или животных с минеральным скелетом. Нынешний мир - ангиоспермный; голосеменным и споровым пришел в мелу такой же конец, как в позднем палеозое - водорослевым матам (при появлении сосудистой растительности). Ныне голосеменные растут лишь там, где им "позволяют": сосна растет на песках и болоте, а лиственница - на вечной мерзлоте совсем не оттого, что им там хорошо, а оттого, что на эти неудобья "не позарился" никто из цветковых. В некоторых ландшафтах (в тропических лесах и в пустынях) голосеменных нет вовсе [68].
Если задать ботанику вопрос - какие черты покрытосеменных привели их к эволюционному успеху, он наверняка начнет говорить о двойном оплодотворении, о триплоидном эндосперме и т.п.; это всё, конечно, верно - но немножко не о том. "С точки зрения биосферы" наиболее существенны, пожалуй, три свойства цветковых, позволившие им радикально изменить самую структуру мезозойских экосистем.
1 Склонность к неотении (неотения - обретение организмом половозрелости на ранних (личиночных) стадиях своего индивидуального развития), то есть - в данном конкретном случае - к образованию травянистых форм, которые по сути дела есть древесные проростки, ставшие способными к размножению; напомним, что голосеменные "траву" не образуют вовсе - ни сейчас, ни в прошлом. Именно травянистые двудольные являются самыми агрессивными эксплерентами ("сорными растениями"), мгновенно захватывающими места нарушений растительного покрова, а травянистые однодольные, склонные к образованию многолетней дернины, наиболее эффективно препятствуют эрозии.
2 Появление "мясистых" листьев с большим объемом фотосинтезирующей паренхимы, вызвавшее появление листогрызущих насекомых. Дело в том, что до того насекомые потребляли лишь генеративные органы, содержимое сосудов, даже древесину - но только не листья: в листе голосеменного (даже такого, как гинкго), попросту говоря, нечего есть. Ситуация менятся лишь с появлением цветковых - объеденные листья и мины (ходы, проедаемые личинками насекомых в толще листа) известны с самого начала позднего мела (сеноманский век). На покрытосеменных сформировалась общирная фауна листогрызущих насекомых, и уже после этого они перешли на голосеменные, папоротники и хвощи.
3Энтомофилия цветков, открывающая покрытосеменным путь к сложной коэволюции с насекомыми. Собственно говоря, сам цветок покрытосеменных, судя по всему, сформировался в процессе адаптаций к насекомоопылению для защиты завязи от повреждений ее опылителями.
Ангиоспермы впервые появляются в палеонтологической летописи в начале раннего мела, в неокоме; на протяжении барремского и аптского веков они представлены единичными находками, в альбе идет стремительное нарастание их числа, а уже в самом начале позднего мела, в сеномане, цветковые составляют большую часть ископаемых флор - то есть наступает "кайнофит" (рисунок 50). Среднемеловая экспансия цветковых была столь стремительной (она фактически уложилась в ничтожный по геологический меркам отрезок от 115 до 108 млн лет), что Дарвин в свое время в сердцах назвал этот эпизод палеонтологической истории "отвратительной тайной - abominable mistery". Делались попытки объяснить это тем, что цветковые на самом-то деле появились на Земле давным-давно, минимум в юре - просто они обитали лишь в горах (не попадая по этой причине в палеонтологическую летопись), а в середине мела заселили, наконец, приводные местообитания, благоприятствующие попаданию в захоронения. Вообще такой "период скрытого существования" сбрасывать со счетов никак нельзя - но в данном случае эта гипотеза не проходит: дело в том, что пыльца покрытосеменных (которая, ясное дело, летает везде, и ее не "упрячешь" в горы) появляется в летописи одновременно с их макроостатками. По всем признакам, цветковые действительно возникли в начале мела, причем именно в приводных местообитаниях.
В 70-х годах советские палеоэнтомологи исследовали множество местонахождений меловых насекомых в Сибири и Монголии, "закрасив" тем самым самое крупное "белое пятно" в геологической истории класса. Оказалось, что у насекомых график, который отражает долю вымерших таксонов в фаунах разных времен, ведет себя довольно неожиданным образом (рисунок 51). Доля вымерших семейств мало меняется на протяжении большей части мезозоя, и на границе юры и мела составляет около 60% ; затем, в течении раннего мела, доля эта стремительно падает от 60 до 20% , в позднем мелу это падение резко замедляется (от 20 до 5%), а к началу кайнозоя кривая вновь "выходит на плато", только уже в районе 5%. Иными словами, у насекомых самая резкая фаунистическая смена, связанная с массовым вымиранием мезозойских групп, приходится не на конец мела, а на его середину - в точности как у растений. На этом основании В.В. Жерихин (1978) предложил следующую модель среднемелового биоценотического кризиса.
40.осадочные слои карбонового и мелового периодов,участие биотического комплекса в осадочных процессах
Карбон является первым периодом глобального накопления огромных масс погибших растений, давшим начало угольным пластам. Слои Карбона буквально набиты стволами, ветвями, листьями, целыми деревьями. 
В раннем карбоне климат на большей части поверхности земной суши был почти тропическим. Громадные площади оказались заняты мелководными прибрежными морями, причем море постоянно заливало низменные береговые равнины, образуя там обширные болота. В этом теплом и влажном климате широко распространились девственные леса из гигантских древовидных папоротников и ранних семенных растений. Они выделяли массу кислорода, и к концу карбона содержание кислорода в атмосфере Земли почти достигло современного уровня.Некоторые деревья, произраставшие н этих лесах, достигали 45 м в высоту. Растительная масса увеличивалась столь быстро, что беспозвоночные животные, обитавшие в почве, просто не успевали вовремя поедать и разлагать мертвый растительный материал, и в результате его становилось все больше и больше. Во влажном климате каменноугольного периода из этого материала сформировались толстые залежи торфа. В болотах торф быстро уходил под воду и оказывался погребенным под слоем осадков. Со временем эти осадочные слои превращались в угленосные тол-щи залежи осадочных пород, прослоенные каменным углем, сформировавшимся из окаменевших останков растений в торфе
Материки меловой эпохи уже приблизились несколько к современным. Однако Северная Америка была совершенно отделена от Южной. Мадагаскар составлял одно целое с полуостровом Индостан, который был отделен от остальной Азии широким проливом. Австралия охватывала часть Малайского архипелага и Новую Зеландию. Южная Европа представляла собою архипелаг небольших островов, зато Шпицберген и Англия составляли одно целое со Скандинавией.
В это время в Восточной Азии, на так называемом Ангарском материке, и создались впервые климатические условия, подходящие для возникновения цветковых растений. Оттуда они проникли и в Северную Америку, в то время как в Европе цветковые появились лишь значительно позже. Еще раз создалась как бы общая для всей Земли растительность, которая позднее вместе с разделением климатов стала расчленяться на местные флоры. Позже всего появились цветковые растения в Африке.
Развитие цветковых растений увеличило общую продукцию на Земле пищевых веществ и обеспечило появление таких важных классов животных, как птицы и млекопитающие.
В самых нижних ярусах меловых отложений, в слоях, известных под названиями вельда и неокома, найдена одинаковая флора как для Гренландии, так и для Франции и Японии, что указывает на одинаковость климатов во всех этих странах. Только в верхнемеловых отложениях появляется резко выраженное разделение на различные флоры, что ясно указывает на установившееся к этому времени разделение климатических поясов.
Какие же растения с цветами появились первыми, какие могут считаться родоначальниками остальных? На этот вопрос находки ископаемых растений в нижнем, т. е. более древнем мелу, дают не совсем-то ясный ответ.
А. Н. Криштофович приводит для раннего мела, найденные близ Владивостока (М. А. Павловым в Сучанском районе), листья пандануса, аралии и вымершего растения протеофилла.
Несколько более поздние находки этого рода в Америке в потомакских слоях и еще более поздние в Гренландии также указывают на одновременное существование растений из различных и притом далеко не простейших групп цветковых растений. Первые цветковые возникли, вероятно, в конце юрской эпохи, когда Земля была одета разнообразным покровом папоротникообразных и шишконосных растений. Леса болотного кипариса, секвойни и сосен Северной Америки, араукарии Южной Америки, даммары Австралии, можжевельники и кипарисы южной Европы и Кавказа, а также, пожалуй, и сибирская хвойная тайга — прямые потомки этой эпохи. С началом эпохи меловых отложений появляются первые цветковые и сравнительно быстро, в течение какого-нибудь полумиллиона лет, вытесняют значительную часть прежней растительности и заполняют мощными и разнообразными лесами большую часть тогдашней суши. К середине эпохи мела, в сеноманских слоях, цветковые растения уже решительно преобладают над всеми остальными, и притом оказывается, что они состоят из представителей различных семейств. Тут найдены из наших современных: ивы, тополя, березы, буки, клены, боярышники, платаны, аралии, различные породы лавра, магнолии и тюльпанные деревья в смеси с представителями тропических растений и различными уже вымершими родами. В Гренландии, где теперь растет только бедная тундровая флора, Натгорст под 70° с. ш. нашел остатки хлебного дерева артокарпа, живущего в настоящее время под тропиками. Вообще верхнемеловая флора Гренландии заключает в себе множество родов растений, свойственных Северной Америке, в полосе на 35° к югу от Гренландии.
Хвойные и папоротникообразные не были уничтожены этим нашествием новых растений, они продолжали развиваться и развивать новые формы, приспособляясь к новым жизненным условиям. Так, вместо огромных каламарий каменноугольной, пермской, триасовой и юрской флоры, которые вымерли, появились заросли некрупных хвощей, рядом с которыми ютились на более сухих местах плауны, в воде — водоросли хары. Наряду с японским деревом гинкго, о котором мы говорили выше, появились настоящие ели. Папоротники приобрели новые разнообразные формы, позволившие им занять место в тени вновь появившихся лесов из широколиственных деревьев.
А. Н. Криштофович приводит для Уральского округа остатки папоротников, сосны, платанов и тропического дерева стеркулии. ДлямеловыхотложенийСахалинаонже (A. Kryshtofovich. On the Cretaceous Flora of Russian Sakhalin. Tokyo, 1918) констатируетрядпапоротников, одинсаговник, гинкго, даммару, секвойю, тую, тополи, платаны, плющ (Hedera McClurrii Nr), особуюкалину, аралии, двенебольшихлианы (BauhiniaиCelastrophyllum) ипр. Северный Сахалин был в это время едва ли не теплее современной нам средней Японии (Наиболее ранними находками остатков покрытосеменных растений в настоящее время являются пыльцевые зерна, найденные в юрских отложениях Шотландии. Они напоминают пыльцевые зерна магнолий и лотоса (Nelumbium). Кроме того, для юрских отложений известны остатки древесин простейших бессосудистых цветковых растений (из рода Homoxylon), найденные в Индии и у нас - в Тянь-Шане и на восточном Урале (Ярмоленко). - Прим. ред.).
Таким образом окружающая нас флора цветковых растений зародилась в самом начале меловой эпохи или несколько ранее, на берегах Тихого океана, где этому особенно благоприятствовало сильное развитие так называемой ангарской суши, продолжительное время не испытывавшей больших потрясений. Отсюда эта новая растительность распространилась в Америку и Гренландию, откуда уже проникла в северную часть Европы, тогда как Португалия получила свое растительное население каким-то иным путем.
41.обновление состава животного мира на рубеже мела и палеогена
палеоген (от Палео... и греч. genos — рождение, возраст), самая древняя система кайнозойской группы, соответствующая первому периоду кайнозойской эры геологической истории Земли, следующая за меловой и предшествующая неогеновой системе
Развитие органического мира на протяжении мезозоя – эры Средней жизни – завершилось массовым вымиранием биоты на уровне 47% на границе Маастрихтского яруса мела и датского яруса палеогена. Несмотря на то, что эта катастрофа по интенсивности уступает пермо-триасовой, она привела ко многим важнейшим изменениям состава органического мира, среди которых наиболее существенным и ярким является вымирание динозавров. С их исчезновением на Земле наступила эра Новой жизни – господства млекопитающих, которая увенчалась появлением человека.
В течение двух последних десятилетий ХХ в. было установлено, что радикальные изменения состава органического мира на рубеже мезозойской и кайнозойской эр вызваны катастрофическими последствиями образования гигантского кратера Чиксулуб в Мексике в результате столкновения с поверхностью Земли крупного астероида.
Основой для этих представлений послужило открытие Л. Альваресом и его сотрудниками в двух пунктах на территории Европы в пограничных мел-палеогеновых отложениях слоя глины с аномально высоким содержанием иридия и некоторых других элементов платиновой группы. Так как содержание этих элементов в метеоритах в сотни – сотни тысяч раз превосходит их содержание в породах земной коры, было высказано предположение об образовании пограничного слоя глины в результате столкновения с Землей крупного астероида [4]. Последующее изучение пограничных мел-палеогеновых отложений на всех континентах и в акватории океанов доказало глобальное распространение аномального слоя по всей поверхности Земли [7]. Геохимические особенности аномального слоя и присутствие в нем ударнометаморфизованных минералов подтвердили его связь с образованием гигантского импактного кратера.
Поиски кратера, образование которого привело к отложению аномального слоя, завершились открытием в 1990-1991 гг. на п-ове Юкатан в Мексике гигантской погребенной импактной структуры, получившей название кратер Чиксулуб, по имени селения, расположенного вблизи от его центра [11].
Особенности геологического строения пограничной мел-палеогеновой импактной структуры Чиксулуб
Кратер Чиксулуб диаметром около 200-260 км расположен в северной части п-ова Юкатан и прилегающей акватории Мексиканского залива, причем северный берег полуострова разделяет его в субширотном направлении на две приблизительно равные части (рис. 1). Кратер перекрыт толщей осадочных отложений палеогена мощностью около 1 км, в связи с чем, не выражен в рельефе [12, 17, 23].
Внутреннее строение кратера к настоящему времени изучено на основании геофизических исследований и по керну скважин.
Палеоген (40 млн. лет) характеризовался новой обширной трансгрессией моря, достигшей максимума к концу эоценовой эпохи. Эта трансгрессия была последней крупной трансгрессией в истории земной коры в пределах СНГ, она захватила юг Русской платформы, Западно-Сибирскую эпипалеозойскую плиту, Тургайский прогиб и Туранскую эпипалеозойскую плиту. К концу олигоцена в результате поднятий, охвативших платформенные массивы, началась регрессия моря. Мощность морских палеогеновых отложений наиболее велика в Западной Сибири и па Туранской равнине. С конца эоцена и в олигоцене начались поднятия складчатых структур Карпат, Крыма, Кавказа и др.   Климат палеогена относительно мало отличался от климата верхнего мела. На юге Русской равнины господствовал субтропический климат, севернее располагалась зона умеренного климата. В составе континентальных отложений этой зоны были широко распространены пресноводные осадки, с которыми в более высоких широтах связаны месторождения бурого угля. Со второй половины олигоцена началось похолодание в северной половине Евразии, наиболее сильно проявившееся в высоких широтах. В пределах современной Арктики и на северо-востоке Азии стал формироваться умеренный климат, распространившийся на территорию современных Казахстана, Монголии и Северного Китая.   Растительный мир в палеогене продолжал развиваться. В зависимости от климатических условий формировались фитогеографические области. На юге Русской равнины произрастали пальмы, фикусы, лавры, магнолии, из хвойных — секвойи, болотные кипарисы, сохранились папоротники. Севернее росли широколиственные леса с участием березы, тополя и хвойных — тиса и ели. Похолодание климата к концу палеогена привело к вытеснению с территории СНГ  теплолюбивой флоры, за исключением крайних южных частей. Растительность умеренных широт проникала южнее. Для палеогена также характерно быстрое развитие млекопитающих. В эоцене выделялись отряды хищных, копытных и др. Копытные разделились на парнокопытных и непарнокопытных. Среди последних появились представители семейства лошадиных и носорогов.
Животный мир палеогена и неогена
Животный мир палеогена и неогена отличался разнообразием, обусловленным различиями физико-географических условий. Наряду с теплолюбивыми (южный слон, этрусский носорог, лось широколобый, верблюд, в отложениях миоцена юга Крыма были обнаружены остатки жирафа, обезьяны, антилопы) видами на территории СНГ  обитали представители умеренных широт (медведь, волк, бобр и др.). В неогене млекопитающие достигли высокой степени обособленности. Появились те многочисленные отряды и семейства, которые составляют современную фауну млекопитающих.   Животный мир морей широко был представлен группой позвоночных и беспозвоночных (рыбы, пластинчатожаберные и брюхоногие моллюски, фораминиферы и др.). Отчетливо выделялись две фаунистические провинции: Средиземноморская (Тетис) и бореальная.   Таким образом, неоген — время активного проявления альпийского орогенеза, дальнейшего расширения площадей платформенного режима и первого этапа закрытия геосинклинальных зон, существовавших после мезозойской эры, разрушения поверхностей древних пепепленов, вздымания новых горных сооружений и поднятия более древних тектонических структур. Древние пенеплены, поднявшиеся на разную высоту (до 1500—2000 м), образовали своеобразную ступенчатость рельефа.Неоген — время существенных изменений климата, создавших условия для плейстоценовых покровных и горных оледенений обширных пространств нашей страны. В начале четвертичного периода полюса заняли современное положение. Приполюсная часть страны стала получать в 3—3,5 раза меньше тепла, чем в палеогене и неогене, усилился меридиональный перенос воздушных масс. Плиоцен — время усиливающейся резкой дифференциации климатов.Существенно изменился органический мир. Как подчеркивал К. К. Марков, это было время великого остепнения, т. е. травянистая растительность завоевывала значительные пространства на месте лесных фитоценозов. Произошло развертывание новых географических зон северного полушария.
42.геохронологическая шкала кайнозойской эры .Особенности геологических периодов.
Кайнозой-четвертичный,неоген,палеоген
Кайнозойская эра, или как ее часто называют кайнозой, длится уже на протяжении 65,5 млн. лет. Началась она после вымирания многих видов животных в конце мела. Отметим, что в кайнозое живем мы по сегодняшнее время. Название в переводе с греческого языка значит «новая жизнь». Кайнозойская эра включает следующие периоды: третичный и четвертичный. Первый в свою очередь состоит из палеоцена и плиоцена, а второй – плейстоцена и голоцена. Однако чаще всего в литературе геологи данным разделением не пользуются, поскольку изменения эволюции совсем небольшие.Если вкратце, то развитие жизни в кайнозойскую эру обрело пика в истории Земли. Это в особенности касается морских, летающих и наземных видов. Если смотреть с геологической точки зрения, то именно в данный период наша планета обрела своего современного внешнего вида. Таким образом, Новая Гвинея и Австралия теперь стали самостоятельными, хотя ранее были присоединены к Гондване. Эти две территории сместились поближе к Азии. Антарктида как стала на своем месте, так и стоит на нем по сей день. Территории Северной и Южной Америк соединились, но тем не менее сегодня их разделяют на два отдельных материка.
Кайнозойская эра берет свое начало с третичного периода. Это название сегодня уже немного устарело, но на данный момент является наибольшим этапом. Данный период закончился 1,8 миллионов лет назад, когда начался ледниковый период (пока что последний в истории Земли). Такое название этапу дал итальянец Ардуино. Поначалу все периоды кайнозойской эры он разбил по численному порядку, начиная от первичного и заканчивая третичным. По истечении некоторого времени сюда вошел и четвертичный. Затем, в 1828 году предпоследний этап хорошо изучил шотландский специалист Чарльз Лайель. Причем внес столько информации, что третичный пришлось разбить сразу на четыре этапа. В своих учениях он обосновывался на ископаемых моллюсках, то есть на их плотности населения. Эти существа были выбраны не зря, поскольку их облик напоминает современные виды. Эпохам дал греческие «имена»: Эоцен, Миоцен, а также Древний и Новый плиоцен. Такое распределение хорошо подходило для Италии, однако другим частям Земного шара разделение не было свойственными. Впоследствии этого во время исследований к помощи моллюсков уже никто не прибегал, а эпохи потерпели изменений. Теперь, по новому стандарту, третичный период состоит из палеогена и неогена.Вкратце расскажем о каждом. Первый длился на протяжении 40 млн. лет. Именно в этот период жизнь в кайнозойскую эру стала намного ярче и богаче. Многие представители фауны расселились по территориям, ранее занимаемым динозаврами. Некоторые виды потерпели изменений в процессе эволюции. 24,6 млн.лет назад период подошел к концу из-за начала осушения климата. Разделяется на три эпохи, названия которых сегодня уже не используются.Затем кайнозойская эра перешла в новый этап – неоген. Его длительность составила 22 млн. лет. По характеру значительно отличается от своего предшественника. В данном периоде численность видов млекопитающих снизилась, но в то же время они стали более теснее контактировать между собой. Также отметим, что климат продолжает осушатся, а средняя температура воздуха при этом постепенно опускаться. Таким образом, 1,8 млн. лет назад начался ледниковый период. Третичный период условно распределяется на миоцен и плиоцен.Куда более интересной кайнозойская эра становится в четвертичный период, часто его еще называют антропогеном. Именно он является завершающим этапом кайнозоя, начался 2,6 млн.лет назад. В рассматриваемой эре данный период является самым коротким. Прежде всего он характеризуется обретением современного вида рельефа местности, а самым главным считается появление человека. Кстати палеонтологам тяжело исследовать останки, поскольку в данном случае определить возраст при помощи изотопов невозможно. Здесь только один эффективный метод – радиоуглеродный анализ. Можно применять и другие способы, в фундаменте которых заложен распад недолго живущих изотопов. Как видим, для ученых четвертичный период является наиболее специфическим. Он в свою очередь содержит в себе две эпохи: плейстоцен и голоцен
43.Особености состава лесных сообществ тропической и умеренной зоны
Кайнозойская эра (от греч. kainos – новый и zoe – жизнь) самая молодая группа стратиграфической шкалы слоев земной коры и соответствующая ей новейшая эра геологической истории Земли, охватывающая и современную эпоху. Продолжительность кайнозойской эры – 65 млн. лет, подразделяется на три периода : палеогеновый, неогеновый и антропогеновый (слайд № 6). Каждый период делится на эпохи, а именно: Палеогеновый – палеоцен, эоцен, олигоцен; Неогеновый - миоцен, плиоцен; Антропогеновый – плейстоцен, голоцен. Что же происходило в каждую эпоху периодов Кайнозойской эры?
а) Палеогеновый период:
Палеоценовая эпоха. От 65 до 55 млн. лет назад
География и климат: Палеоцен ознаменовал собой начало Кайнозойской эры. В то время материки находились в движении, поскольку «великий южный материк» Гондвана продолжал раскалываться на части. Южная Америка оказалась теперь полностью отрезанной от остального мира и превратилась в своего рода плавучий «ковчег» с уникальной фауной ранних млекопитающих.
Животный мир: На суше начинался век млекопитающих. Появились грызуны и насекомоядные, «планирующие» млекопитающие и ранние приматы. Были среди них и крупные животные, как хищные, так и травоядные. В морях на смену морским рептилиям пришли новые виды хищных костных рыб и акул. Возникли новые разновидности двустворчатых моллюсков и фораминифер.
Растительный мир: Продолжали распространяться все новые виды цветковых растений и опылявших их насекомых
Эоценовая эпоха. От 55 до 38 млн. лет
География и климат: В эоцене основные массивы суши начали принимать положение, близкое к тому, которое они занимают в наши дни. Южная Америка утратила связь с Антарктидой, а индия переместилась ближе к Азии. Антарктида и Австралия начали расходиться. Северная Америка и Европа также разделились, при этом возникли новые горные цепи. Море затопило часть суши. Климат повсеместно был теплым либо умеренным.
Животный мир: На суше появились летучие мыши, лемуры, долгопята; предки нынешних слонов, лошадей, коров, свиней, тапиров, носорогов и оленей; прочие крупные травоядные. Другие млекопитающие, типа китов и сирен , вернулись в водную среду. Увеличилось число видов пресноводных костных рыб. Эволюционировали и другие группы животных, в том числе муравьи и пчелы, скворцы и пингвины, гигантские нелетающие птицы, кроты, верблюды, кролики и полевки, кошки собаки и медведи.
Растительный мир: Во многих частях света произрастали леса с пышной растительностью, в умеренных широтах росли пальмы (слайд № 9,10).
Олигоценовая эпоха. От 38 до 25 млн. лет назад
География и климат: В олигоценовую эпоху Индия пересекла экватор, а Австралия наконец-то отделилась от Антарктиды. Климат на Земле стал прохладнее, над Южным полюсом сформировался громадный ледниковый покров. Для образования столь большого количества льда потребовалось не менее значительные объемы морской воды. Это привело к понижению уровня моря по всей планете и расширению территории , занятой сушей. Повсеместное похолодание вызвало исчезновение буйных тропических лесов эоцена во многих районах земного шара. Их место заняли леса, предпочитавшие более умеренный (прохладный климат), а также необъятные степи, раскинувшиеся на всех материках.
Животный мир: С распространением степей начался бурный расцвет травоядных млекопитающих. Среди них возникли новые виды кроликов, зайцев, гигантских ленивцев, носорогов и прочих копытных. Появились первые жвачные животные.
Растительный мир: Тропические леса уменьшились в размерах и начали уступать место лесам умеренного пояса, появились и обширные степи. Быстро распространялись новые травы (слайд № 11, 12).
б)Неогеновый период
Миоценовая эпоха. От 25 до 5 млн. лет
География и климат: На протяжении миоцена материки все еще находились «на марше», и при их столкновениях произошел ряд грандиозных катаклизмов. Африка «врезалась» в Европу и Азию, в результате чего возникли Альпы. При столкновении Индии и Азии вверх взметнулись Гималайские горы. В это же время сформировались Скалистые горы и Анды, поскольку и другие гигантские плиты продолжались смещаться и наползать друг на друга. Однако Австралия и Южная Америка по-прежнему оставались изолированными от остального мира, и на каждом из этих материков продолжала развиваться собственная уникальная фауна и флора. Ледниковый покров в Южном полушарии распространился на всю Антарктиду, что привело к дальнейшему охлаждению климата.
Животный мир: Млекопитающие мигрировали с материка на материк по новообразовавшимися сухопутным мостам, что резко ускорило эволюционные процессы. Слоны из Африки перебрались в Евразию, а кошки, жирафы, свиньи и буйволы двигались в обратном направлении. Появились саблезубые кошки и обезьяны, в том числе человекообразные. В отрезанной от внешнего мира Австралии продолжали развиваться однопроходные и сумчатые.
Растительный мир: Внутриматериковые области становились все холоднее и засушливее, и в них все больше распространялись степи (лайд № 13,14).
Плиоценовая эпоха. От 5 до 2 млн. лет назад
География и климат: В начале плиоцена, материки расположены почти на тех же местах, что и в наши дни. Гигантские шапки в Северном полушарии и громадный ледниковый покров Антарктиды. Из-за всей этой массы льда климат Земли стал еще холоднее, и на поверхности материков и океанов нашей планеты значительно похолодало. Большинство лесов, сохранившихся в миоцене, исчезло, уступив место необъятным степям, раскинувшимися по всему свету.
Животный мир: Травоядные копытные млекопитающие продолжали бурно размножаться и эволюционировать. Продолжается эволюция лошади. Родина лошади, как это ни странно, Северная Америка, где обитал древнейший представитель лошадиных – фенакодус и откуда лошади распространились через Азию и Европу по всему миру (слайд №14). Ближе к концу периода сухопутный мост связал Южную Северную Америку, что привело к грандиозному «обмену» животными между двумя материками. Полагают, что обострившаяся межвидовая конкуренция вызвала вымирание многих древних животных. В Австралию проникли крысы, а в Африке появились первые человекоподобные существа.
Растительный мир: По мере охлаждения климата на смену лесам пришли степи (слайд № 15).
в) Антропогеновый период
Плейстоценовая эпоха. От 2 до 0,01 млн. лет назад
География и климат: В начале плейстоцена большинство материков занимало то же положение, что и в наши дни, причем некоторым из них для этого потребовалось пересечь половину земного шара. Узкий сухопутный «мост» связывал между собой Северную и Южную Америку. Австралия располагалась на противоположной от Британии стороне Земли. На северное полушарие наползали гигантские ледниковые покровы. Это была эпоха великого оледенения с чередованием периодов похолодания и потепления и колебаниями уровня моря. Эта ледниковая эпоха длится по сей день.
Животный мир: Некоторые животные сумели адаптироваться к усилившимся холодам, обзаведясь густой шерстью: к примеру, шерстистые мамонты и носороги. Из хищников наиболее распространены саблезубые кошки и пещерные львы. Это был век гигантских сумчатых в Австралии и громадных нелетающих птиц, типа моа или эпиорнисов, обитавших и во многих районах южного полушария. Появились первые люди, и многие крупные млекопитающие начали исчезать с лица Земли.
Растительный мир: С полюсов постепенно наползали льды, и хвойные леса уступали место тундре. Дальше от края ледников уже лиственные леса сменялись хвойными. В более теплых областях земного шара раскинулись обширные степи (слайд № 16, 17).
Голоценовая эпоха. От 0,01 млн. лет до наших дней
География и климат: Голоцен начался 10000 лет назад. В течение всего голоцена материки занимали практически те же места, что и в наши дни, климат также был похож на современный, каждые несколько тысячелетий становясь то теплее, то холоднее. Сегодня мы переживаем один из периодов потепления. По мере уменьшения ледниковых покровов уровень моря медленно поднимался. Начало время человеческой расы.
Животный мир: В начале периода многие виды животных вымерли, в основном из-за общего потепления климата, но, возможно, сказать и усиленная охота человека на них. Позднее они могли пасть жертвой конкуренции со стороны новых видов животных, завезенных людьми из других мест, или же просто съели «пришлые» хищники. Человеческая цивилизация стала более развитой и распространилась по всему свету.
Растительный мир: С возникновением земледелия крестьяне уничтожали все больше дикорастущих растений, дабы очистить площади под посевами и пастбища. Кроме того, растения, завезенные людьми в новые для них местности, иногда вытесняли коренную растительность
44.особенности развития травяных биомов в Неогене
Под воздействием многих факторов в неогене бурную эволюцию испытывал органический мир. Животное и растительное царство приобрело современные черты. В это время впервые возникли ландшафты тайги, лесостепей, горных и равнинных степей.
В экваториальных и тропических областях были распространены влажные леса или саванны. Обширные пространства покрывались своеобразными лесами, напоминающими современные дождевые леса низменностей Калимантана. В составе тропических лесов произрастали фикусы, банановые, пальмы бамбуки, древовидные папоротники, лавры, вечнозеленые дубы и т. д. В районах с сильным дефицитом влаги и сезонным распределением атмосферных осадков располагались саванны.
В умеренных и высоких широтах дифференциация растительного покрова была значительнее. Лесная растительность в начале неогена характеризовалась разнообразием и богатством видов. Довольно большим развитием пользовались широколиственные леса, в которых ведущая роль принадлежала вечнозеленым формам. В связи с усилением засушливости здесь появились ксерофильные элементы, давшие начало средиземноморскому типу растительности. Для этой растительности было характерно появление в составе вечнозеленых лавровидных лесов маслин, грецкого ореха, платанов, самшитов, кипарисов, южных видов сосен и кедров.
Важную роль в распределении растительности играл рельеф. На предгорных обильно заболоченных низменностях располагались заросли ниссовых, таксодиумов и папоротников. На склонах гор росли широколиственные леса, в которых ведущая роль принадлежала субтропическим формам, выше они сменялись хвойными лесами, состоящими из сосны, пихты, тсуги, ели.
При перемещении в сторону полярных областей в составе лесов исчезали вечнозеленые и широколиственные формы. Хвойно-широколиственные леса были представлены довольно большим спектром голосеменных и покрытосеменных форм от ели, сосны и секвойи до ивы, ольхи, березы, бука, клена, ореха, каштана. В аридной области умеренных широт располагались бореальные аналоги саванн — степи. Лесная растительность находилась по долинам рек и на побережьях озер.
В связи с похолоданием, усиливавшимся в конце неогена, возникли и получили широкое распространение новые зональные типы ландшафта — тайга, лесостепь и тундра.
До настоящего времени все еще окончательно не решен вопрос о месте возникновения тайги. Гипотезы приполярного происхождения тайги связывают образование таежных компонентов в приполярных районах с постепенным распространением ее к югу по мере наступления похолодания. Другая группа гипотез предполагает, что родиной таежных ландшафтов была Берингия - область суши, включающая современные Чукотку и обширные участки шельфовых морей Северо-Востока СССР Так называемая филоценогенетическая гипотеза рассматривает тайгу как ландшафт, возникший за счет постепенной деградации хвойно-широколиственных лесов по мере похолодания и уменьшения влажности. Имеется также другая гипотеза, согласно которой тайга возникла в результате вертикальной климатической зональности. Таежная растительность вначале развивалась в высокогорье, а затем как бы «спустилась» на окружающие равнины во время похолодания. В конце неогена таежные ландшафты уже занимали обширные пространства Северной Евразии и северных районов Северной Америки.
На рубеже неогена и четвертичного периода вследствие похолодания и усиления засушливости в лесной формации особо выделились травянистые растительные сообщества степного типа. В неогене начался процесс «великого остепнения равнин». Вначале степи занимали ограниченные районы и часто чередовались с лесостепями. Степные ландшафты формировались в пределах внутриконтинентальных равнин умеренного пояса с переменно-влажным типом климата. В аридном климате образовались полупустыни и пустыни, главным образом за счет сокращения саванных ландшафтов.
45.особенности развития травяных биомов в Нотогее
В Австралии (Нотогее) формирование травяного биома началось много позже, в неогене; здесь явно сыграл роль дрейф этого континента по направлению от полюса к экватору - в результате значительная часть его территории попала в условия засушливого климата. Основу здешнего сообщества пастбищных млекопитающих составили крупные травоядные сумчатые - кенгуру и вымершие на памяти человека дипротодонты (их иногда, из-за двух крупных резцов, не слишком удачно называют "кроликами ростом с носорога"). Как и в древней южноамериканской фауне, здесь отчетливо прослеживается дефицит хищников: известны лишь два крупноразмерных хищных млекопитающих - тилацин (тасманийский сумчатый волк) и древесный тилаколео (которого по аналогии можно назвать "сумчатым леопардом"). Недостаток маммальных хищников возмещался (опять-таки как в Южной Америке) за счет рептилий: исполинских варанов-мегаланий длиною до 7 м и сухопутных крокодилов, сходных по образу жизни с себекозухиями; хищных нелетающих птиц здесь не возникло, однако некоторые из австралийских страусов, судя по всему, выполняли роль падальщиков.
46. особенности развития травяных биомов в Арктогее
Третий случай формирования травяного биома - Арктогея. Здесь ситуация осложняется тем, что он формируется на единой таксономической основе (кондиляртровой), но, судя по всему, независимо в Евразии и в Северной Америке. Сообщество пастбищных млекопитающих первоначально составляют непарнокопытные (тапиры, носороги в широком смысле и халикотерии [74]) и нежвачные парнокопытные (свинообразные и верблюды); чуть позже к ним добавляются примитивные трехпалые лошади и жвачные парнокопытные (олени) (рисунок 55). Помимо потомков кондиляртр нишу крупных растительноядных пытались освоить лишь диноцераты - специализированые потомки каких-то крайне примитивных териевых млекопитающих (рисунок 55, б), однако уже в эоцене эта группа полностью вымерла. Единство комплекса "северных" копытных достаточно высоко; самое же интересное состоит в том, что хотя практически все эти группы имеют американское происхождение (они проникали в Евразию через Берингию - области вокруг Берингова пролива, где тогда обсыхали обширные участки шельфа), травяные биомы с их участием в Азии начинают складываться заметно раньше, чем в Америке. В Центральной Азии саванны возникают уже в конце эоцена (появившиеся в это время гигантские безрогие носороги вроде индрикотерия - "гибрид слона и жирафа", самое крупное наземное млекопитающее, 6 м в холке - явно обитали в открытом ландшафте, а не в лесу), тогда как в Америке это происходит в олигоцене. Что касается Африки, то здесь травяных биомов, судя по всему, не существовало до миоцена; парнокопытные и непарнокопытные проникли сюда из Евразии сравнительно поздно, а эндемичные для этого континента хоботные (слоны и мастодонты) были в это время мелкими и чисто листоядными и, видимо, не могли удерживать сукцессию на безлесой стадии.
47.образования коридоров между отдельными зоогеографическими зонами кайнозоя.Последствия даного процесса.
Мезозой, как мы помним из главы 9, был термоэрой и отличался "райским" климатом: теплым и выровненным по всей Земле, с ослабленным температурным градиентом между тропиками и полюсом. В рамках термоэр неоднократно происходили свои похолодания (например, в маастрихте), однако масштабы даже крупнейших из них не идут ни в какое сравнение с ледниковыми эпохами криоэр. В самом начале кайнозоя (в палеоцене и эоцене) климатическая ситуация оставалась еще прежней, мезозойской, а затем, в олигоцене, начались изменения, приведшие в конце концов к... так и тянет сказать: "к тому самому климатическому безобразию, в каковом мы теперь имеем счастье прозябать (в буквальном смысле этого слова)". Одной из главных причин этих изменений считают перестройку глобальной системы морских течений, вызванную дрейфом континентов, что затруднило теплообмен между полярными и экваториальными бассейнами.
Согласно моделям климатологов, наиболее интенсивный теплообмен будет достигнут при таком взаиморасположении материков и полюсов, когда планета имеет свободные от суши полюса и экватор (вдоль которого складывалась бы под действием кориолисовых сил единая экваториальная циркуляция). Меридионально развернутые материки, расположенные в средних широтах, отводят рукава экваториальной циркуляции в высокие широты, откуда вдоль противоположных их берегов возвращается в экваториальную зону холодная вода из полярных бассейнов - возвращается сразу, не застаиваясь в полярных циркуляциях.
В кайнозое картина становится близка к обратной, и причиною тому - перемещения материков, на которые раскололся суперконтинент Гондвана (рисунок 53, б). К концу эоцена движущаяся на север Индия натыкается на Азию, а кора в месте их столкновения сминается в Гималаи. Чуть позже в Евразию втыкается с юго-запада Африка (с еще не отделившейся от нее Аравией) - в результате поднимаются горные хребты южной Европы и Иранское нагорье. Океан Тетис, отделявший в мезозое северные (лавразийские) материки от южных (гондванских) - а именно по нему тогда шла экваториальная циркуляция - исчезает; ныне от Тетиса остались лишь изолированные морские бассейны (Средиземное, Черное и южная часть Каспийского моря), не имеющие постоянной связи с мировым океаном [70]. В южном полушарии Антарктида последовательно отрывается от Австралии (эоцен) и Южной Америки (олигоцен), "наползает" на Южный полюс, а вокруг нее складывается замкнутая антарктическая циркуляция; все это приводит к тому, что в олигоцене в Трансантарктических горах возникают первые ледники, которые в миоцене покрывают единым ледяным щитом весь материк. В плиоцене возникает Панамский перешеек - соединяющий Южную Америку с Северной, но разделяющий Атлантический и Тихий океаны, - и глобальная экваториальная циркуляция оказывается полностью разрушенной (ныне мы имеем лишь один ее сегмент - в центральной части Тихого океана). Разрушение экваториальной циркуляции, возникновение "антарктического холодильника" на Южном полюсе и замыкание северного полярного бассейна - все это приводит тому, что в четвертичном периоде (в плейстоцене) на материках Северного полушария развиваются грандиозные покровные оледенения (см. главу 14).
Надо заметить, что отсутствие в мезозое холодных климатических зон давно не вызывает сомнения у палеоклиматологов. Однако они зачастую не обращают внимания на то, что при более равномерном, чем ныне, распределении тепла по поверхности планеты не должно было существовать и климата типа современного тропического. Но тогда и сообщества, сложившиеся в условиях не существовавших ранее типов климата (бореального с одной стороны и тропического - с другой), должны быть эволюционно наиболее молоды... Если в некий момент на полюсах стало "слишком холодно", а на экваторе - "слишком жарко", то реликты предыдущей эпохи имеют наилучшие шансы выжить прежде всего в субтропиках, господствовавших ранее по всей Земле. Специальный анализ, проделанный В.В. Жерихиным (1978), показал, что так оно и есть. Судя по всему, некоторые субтропические сообщества (такие, как, например, леса из южного бука в Новой Зеландии, южной Австралии и андийской Южной Америке) сохранили не просто отдельные реликты раннего кайнофита, а самую структуру раннекайнофитных биоценозов.
Что же касается тропических лесов (мы будем называть их южноамериканским словом гилея), то укоренившиеся представления о глубокой древности их биоты являются очередным "научным предрассудком"; они связаны в основном с тем, что понятие "тропики" зачастую употребляют нечетко. В астрономических тропиках - т.е. между тропиками Рака и Козерога - действительно есть сообщества с весьма архаичными элементами (например, индонезийские "туманные леса" из древовидных папоротников), однако все они приурочены к горам, и существуют, на самом деле, в условиях субтропического или даже умеренного климата. Если же рассмотреть лишь климатические тропики, т.е. экосистемы, реально существующие в условиях тропического климата (с температурой самого холодного месяца не менее 18°С) - гилею и саванны, то окажется, что их биота практически лишена архаичных черт. Мы уже упоминали (глава 12) об отсутствии в составе тропических лесов голосеменных, столь характерных для мезозойских сообществ; ныне те приурочены либо к субтропикам (саговники, араукарии, таксодиум), либо к умеренной зоне (секвойя, гинкго).
Подсчеты Жерихина показали, что практически все по-настоящему древние группы насекомых (такие, как скорпионницы или сетчатокрылые) избегают тропиков. Общее число семейств, не встречающихся в истинных, климатических, тропиках очень велико, тогда как чисто тропических (в этом смысле) семейств среди насекомых - как это ни удивительно - ничтожно мало. Разумеется, тропическая энтомофауна чрезвычайно богата, и есть множество преимущественно тропических семейств - однако почти все они эволюционно молоды и не обнаружены в ископаемых донеогеновых фаунах, либо представлены в них очень скудно.
48.Особенности гиппарионовой фауны и появление в ее составе гоминидов.
Гиппарионовая фауна или гиппарионовый фаунистический комплекс — фаунистический комплекс вымерших млекопитающих, которые в позднем (верхнем) миоцене и в плиоцене (12—2 миллиона лет назад) были широко распространены в южных и умеренных (на север до 50° с. ш.) широтах Евразии и Северной Африки. Возникновение этой фауны было связано с развитием в раннем неогене на территории Евразии травянистыхлесостепей и степей. Преобладали редколесья, подобные современным африканскимсаваннам, с участками лесов, речных долин и степей. Такой мозаичный ландшафт предоставлял большое разнообразие условий обитания для растительноядных млекопитающих, а также, как следствие, способствовал разнообразию хищников.
В миоцене появляется прямой транссредиземноморский контакт между Европой и Африкой, миграции животных между Европой и Центральной Азией облегчает исчезновение Тургайского моря на месте Западно-Сибирской низменности, в исключительно лесной до того Берингии возникают открытые ландшафты, и эта территория становится доступной для степных фаун Азии и Америки. С этого времени травяной биом становится фактически единым по всей Арктогее, и при этом каждая из территорий вносит свой вклад в становление его фауны, обретающей уже вполне современные черты. Из Америки приходят травоядные (то есть не листоядные) лошади, кошачьи (в миоцене возникли кошки современного типа) и псовые хищники, имевшие стайную социальную организацию, ставшую для этой группы ключевым фактором успеха; из Азии — полорогие (быки и антилопы), из Африки — хоботные (слоны и мастодонты), жирафы, бегемоты, гиеновые. Все эти животные вместе с местными видами и формируют так называемую гиппарионовую фауну.
В состав гиппарионовой фауны входили разные виды трёхпалых лошадей, в том числе непосредственно гиппарионы (Hipparion), носорогов (ацератерии, хилотерии и другие), мастодонтов, слонов, жирафов (палеотрагусы и другие), быков, антилоп, бегемотов, оленей и других копытных; различные хищные млекопитающие — виверры, гиены, куницы, псовые, саблезубые кошки махайроды и другие; приматы, грызуны. Кроме того в неё входили страусы и другие птицы, черепахи, ящерицы, земноводные. В разные геологические времена в различных районах в состав гиппарионовой фауны входили разные роды и виды животных. Предполагают, что в зоне умеренного пояса, где уже в неогене были отчетливо выражены сезонные изменения климата, гигантские стада копытных, аналогичные таковым современных африканских саванн, и сопровождающие их хищники должны были совершать весной и осенью далекие миграции, подобные миграциям африканских копытных, но в гораздо большем масштабе.
Кроме всех перечисленых, в состав гиппарионовой фауны входили также и предки человека. Первые гоминиды — австралопитеки — появились в конце миоцена (5—6 млн лет назад) в Восточной Африке. Около 2,5—3 млн лет назад среди австралопитеков обособились две ветви — робустная (с массивным скелетом, крупными зубами и сильно выступающей челюстью) и грацильная (с легким сложением и относительно большим объемом черепной коробки); робустные виды (Australopithecus robustus, A. boisei, A. crassidens) были почти чисто растительноядными, тогда как грацильные (A. afarensis, A. africanus) стали часто употреблять животную пищу. Именно среди грацильных австралопитеков обособился 2,5 млн лет назад первый представитель рода Homo — Homo habilis, «человек умелый», названный так за способность к изготовлению каменных орудий (первые гальки со следами обработки найдены в слоях возрастом 2,5—2,7 млн лет).
Большинство представителей гиппарионовой фауны Евразии вымерли в конце неогена, вероятно в результате похолодания климата.
Крупные местонахождения ископаемых останков этой фауны известны в Индии, Китае, Монголии, на юге Европы (юг Украины, Молдавия, Кавказ), в Средней Азии, Казахстане и на юге Сибири. Первое крупное местонахождение было обнаружено в Греции у деревни Пикерми (Pikérmi), близ Афин (отсюда еще одно название — пикермийская фауна). Гиппарионовая фауна в целом была в значительной степени предковой для современных фаун Африки и Южной Азии, включающих представителей тех же основных групп животных.
Согласно современным взглядам, человек (как биологический вид) возник в HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/00091337.htm" травяном биоме : наши обезьяньи предки входили в состав HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0007c69c.htm" гиппарионовой фауны .
Первые HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/0001b5ba.htm" гоминиды появились в HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/00045b41.htm" конце миоцена (5-6 млн лет назад) на территории Восточной Африки. В прежние годы полагали, что гоминиды обособились среди прочих человекообразных обезьян много раньше, в среднем миоцене (12-15 млн лет назад), и не в Африке, а в Азии (тогда среди прямых предков человека числили HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000d25ac.htm" индийского рамапитека ). Сейчас, однако, полагают, что многие крупные HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/00082111.htm" миоценовые приматы приобрели "человеческие черты" строения параллельно с гоминидами; очевидно, мы в очередной раз имеем дело с процессом, который (по аналогии) можно назвать гоминизацией приматов.
Первые гоминиды - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0009fa4d.htm" австралопитеки - были небольшими прямоходящими существами (весом 25-50 кг); Около 2,5-3 млн лет назад среди австралопитеков обособились две ветви - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/000043e5.htm" робустная (с массивным скелетом, крупными зубами и сильно выступающей челюстью) и HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0004baa1.htm" грацильная (с легким сложением и относительно большим объемом черепной коробки). Среди грацильных австралопитеков обособился 2,5 млн лет назад первый представитель HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/ssb/00118160.htm" рода Homo - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000d62b1.htm" Homo habilis, "человек умелый ", названный так за способность к изготовлению каменных орудий (первые гальки со следами обработки найдены в слоях возраста 2,5- 2,7 млн лет). Он отличался от австралопитеков увеличением объема черепной коробки и строением таза, обеспечивавшим более совершенную бипедальность и рождение более "головастых" детенышей. Итак, человек появился в плиоценовой HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000daa76.htm" африканской саванне с ее сухим жарким климатом и с изобилием как копытных и хоботных, так и питающихся ими крупных хищников. От обезьян (и от прочих животных) человека отличает кожа, практически лишенная волосяного покрова, но снабженная огромным количеством потовых желез. HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0001edbf.htm" Уровень потоотделения у человека во много раз превосходит все, что известно в животном мире, и служит чревычайно эффективным механизмом теплосброса (за что, правда, приходится платить жесткой связью с источниками воды). По мнению Фоули (1990) , именно этот терморегуляторный механизм плюс прямохождение (вертикально стоящий человек получает на треть меньше энергии от солнечных лучей, чем четвероногое животное) позволили первым людям занять в сообществе саванны совершенно уникальную экологическую нишу "полуденного хищника", избавившись от безнадежной конкуренции с крупными кошками, которые активны в сумерках, а днем спят. Первые люди были, судя по всему, не столько охотниками, сколько HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/0005250a.htm" падалеядами , вроде гиен. Впервые появившиеся каменные орудия были наиболее полезны именно для разделки туш очень крупных толстокожих млекопитающих. "Такие звери, обычно неуязвимые для хищников, часто лежат нетронутыми некоторое время после смерти, так как другие животные не могут разорвать их кожу и добраться до мяса. Вполне вероятно, что при помощи каменных орудий гоминиды могли первыми начать разделку таких туш и, таким образом, одерживали верх в конкуренции с другими животными, питавшимися падалью" ( HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/000604c1.htm" Фоули, 1990 ). Каменные орудия, возможно, выполняли ту же функциональную роль, что и огромные клыки саблезубых кошек - их многие палеонтологи тоже считают трупоедами
49.Гоминоиды и гоминиды. Их анатомо-морфологические особенности и их экологические ниши
Надсемейство гоминоиды - HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/000600d3.htm" узконосые - объединяет HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/000166ec.htm" гиббонов ( мелких человекообразных обезьян ), HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/00042acc.htm" крупных человекообразных обезьян, австралопитека и человека .
Семейство гоминиды включает в себя как ископаемого человека, так и современных людей. Высота их тела 140-190 см, самки меньше самцов на 10-12 см. Характерно вертикальное положение тела и передвижение только на нижних конечностях. Первый палец стопы утрачивает подвижность и не противопоставляется остальным. Длина нижних конечностей значительно превышает длину верхних. Большое значение имеет развитие первого пальца кисти. Голова округлая, характеризуется сильным развитием мозговой части и слабо выступающей вперед лицевой. Лицевой отдел располагается не впереди мозгового, а под ним. Большое затылочное отверстие направлено вниз. Позвоночный столб S-образно искривлен, что связано с вертикальным, положением тела. Крестцовые и хвостовые позвонки срастаются в сложные кости - крестец и копчик. Характерно сильное развитие бедренной кости. Необычайно развит мозг, особенно HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/mozg/0003e5d1.htm" большие полушария с HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/0001194e.htm" бороздами и извилинами . Беременность 280 дней, рождается один ребенок, реже два-три. Для HYPERLINK "http://www.medbiol.ru/medbiol/antrop/00069d9b.htm" человека свойственно наиболее длительное среди млекопитающих развитие ребенка и его обучение.
Гоминиды или большие человекообразные обезьяны (лат.Hominidae) — семейство наиболее прогрессивных приматов, включающее в том числе и людей.
Ранее к гоминидам относили только людей и их вымерших предков, а орангутанов, горилл и шимпанзе выделяли в отдельное семейство понгид. Но при таком определении семейство понгид становится парафилетическим (т. е. включает не все виды, произошедшие от их ближайшего общего предка), в то время как в современной биологии стремятся к монофилетическимтаксонам. Поэтому многие биологи теперь включают орангутанов в семейство гоминид в качестве подсемейства Ponginae. Кроме того, горилл и шимпанзе часто включают в подсемейство Homininae, вместе с людьми. Именно такая классификация показана ниже.
Остаётся открытым вопрос о классификации вымерших гоминид, в том числе предков человека, например, кого включать в род людей среди вымерших членов семейства, таких как человек умелый и др.
50.гипотезы относительно причин формирования ледниковых покровов в кайнозойскую эру
Кайнозойская ледниковая эра (30 млн. лет назад — настоящее время) — недавно начавшаяся ледниковая эра.
Настоящее время — голоцен, начавшийся ≈ 10000 лет назад, характеризуется как относительно тёплый промежуток после плейстоценового ледникового периода, часто квалифицируемый как межледниковье. Ледниковые щиты существуют в высоких широтах северного (Гренландия) и южного (Антарктида) полушарий; при этом в северном полушарии покровное оледенение Гренландии простирается на юг до 60° северной широты (т. е., до широты Санкт-Петербурга), фрагментов морского ледового покрова — до 46—43° северной широты (т. е. до широты Крыма), а вечной мерзлоты до 52—47° северной широты. В южном полушарии континентальная часть Антарктиды покрыта ледниковым щитом мощностью 2500—2800 м (до 4800 м в некоторых районах Восточной Антарктиды), при этом шельфовые ледники составляют ≈10 % от площади континента, возвышающейся над уровнем моря. В кайнозойской ледниковой эре наиболее сильным является плейстоценовый ледниковый период: понижение температуры привело к оледенению Северного Ледовитого океана и северных областей Атлантики и Тихого океана, при этом граница оледенения проходила на 1500—1700 км южнее современной.
Геологи подразделяют кайнозой на два периода: третичный (65 - 2 млн. лет назад) и четвертичный (2 млн. лет назад - наше время), которые в свою очередь разбиваются на эпохи. Из них первый гораздо продолжительней второго, зато второй - четвертичный - имеет ряд уникальных черт; это время ледниковых периодов и окончательного формирования современного лика Земли.[8]
Рис. 4 Кайнозойская ледниковая эра. Ледниковый период. Климатическая кривая за последние 65 млн. лет.
•34 млн. лет назад — зарождение Антарктического ледникового покрова
•25 млн. лет назад — его сокращение
•13 млн. лет назад — его повторное разрастание
около 3 млн. лет назад — начало плейстоценового ледникового периода, многократное появление и исчезновение ледниковых покровов в северных областях Земли
В олигоценовую эпоху Индия пересекла экватор, а Австралия наконец-то отделилась от Антарктиды. Климат на Земле стал прохладнее, над Южным полюсом сформировался громадный ледниковый покров. Для образования столь большого количества льда потребовалось не менее значительные объемы морской воды. Это привело к понижению уровня моря по всей планете и расширению территории, занятой сушей. Повсеместное похолодание вызвало исчезновение буйных тропических лесов эоцена во многих районах земного шара. Их место заняли леса, предпочитавшие более умеренный (прохладный) климат, а также необъятные степи, раскинувшиеся на всех материках.
На протяжении миоцена материки все еще находились "на марше", и при их столкновениях произошел ряд грандиозных катаклизмов. Африка "врезалась" в Европу и Азию, в результате чего возникли Альпы. При столкновении Индии и Азии вверх взметнулись Гималайские горы. В это же время сформировались Скалистые горы и Анды, поскольку и другие гигантские плиты продолжали смещаться и наползать друг на друга.
География и климат: Космический путешественник, взглянув сверху на Землю в начале плиоцена, обнаружил бы материки почти на тех же местах, что и в наши дни. Взору галактического визитера открылись бы гигантские ледяные шапки в северном полушарии и громадный ледниковый покров Антарктиды. Из-за всей этой массы льда климат Земли стал еще прохладней, и на поверхности материков и океанов нашей планеты значительно похолодало. Большинство лесов, сохранившихся в миоцене, исчезло, уступив место необъятным степям, раскинувшимся по всему свету.
В начале плейстоцена большинство материков занимало то же положение, что и в наши дни, причем некоторым из них для этого потребовалось пересечь половину земного шара. Узкий сухопутный "мост" связывал между собой Северную и Южную Америку. Австралия располагалась на противоположной от Британии стороне Земли. На северное полушарие наползали гигантские ледниковые покровы. Это была эпоха великого оледенения с чередованием периодов похолодания и потепления и колебаниями уровня моря. Эта ледниковая эпоха длится и по сей день.
51.особенности сообществ тундростепи.Мамонтовая фауна.
Мамонтовая фауна или мамонтовый фаунистический комплекс — фаунистический комплекс млекопитающих, обитавших в позднем (верхнем) плейстоцене (70 — 10 тыс. лет назад) во внетропической зоне Евразии и Северной Америки в особых биоценозах — тундростепях, существовавших все время оледенения и перемещавшихся в соответствии с изменениями границ ледника к северу или к югу.
Возникновение
Тундростепи возникли в предледниковом (перигляциальном) поясе последней ледниковой эпохи (последнего оледенения) в особых ландшафтно-климатических условиях: резко континентальный климат с низким уровнем средних температур при сухом воздухе и значительной обводненности территории летом за счет талых ледниковых вод, с возникновением в низинах озёр и болот. Флора тундростепи включала различные травянистые растения (особенно злаки и осоки), мхи, а также мелкие деревца и кустарники, произраставшие главным образом в долинах рек и по берегам озёр: ивы, березы, ольхи, сосны и лиственницы. При этом общая биомасса растительности в тундростепи была, по-видимому, очень велика, в основном за счет трав, что позволило расселиться на огромных пространствах предледникового пояса обильной и своеобразной фауне.
Характерные представители фауны
Самым крупным представителем мамонтовой фауны (в честь которого она и была названа) был шерстистый мамонт (Mammuthus primigenius Blum.) — северный слон, обитавший 50 — 10 тыс. лет назад на огромных пространствах Европы, Азии и Северной Америки. Он был покрыт густой и очень длинной рыжей шерстью с длиной волос до 70 — 80 см. Кости этих животных находят практически во всех местонахождениях Сибири.
Тундростепь эпохи последнего оледенения:(слева направо) дикие лошади, мамонты, пещерные львы над тушей северного оленя, шерстистый носорог
Кроме мамонта в состав этой фауны входили также древние лошади (2 или 3 вида), шерстистый носорог, зубр, тур, овцебык, як, степной зубр, гигантский большерогий олень, благородный и северный олени, верблюд, антилопа сайга, дзерен, лось, кулан, пещерный медведь, пещерный лев, пещерная гиена, волк, росомаха, песец, сурки, суслики, лемминги, зайцеобразные и др. Состав мамонтовой фауны свидетельствует о том, что она произошла от гиппарионовой фауны, будучи её северным приледниковым вариантом. Для всех животных мамонтовой фауны характерны приспособления к жизни в условиях низких температур, в частности длинная и густая шерсть. Многие виды животных увеличились в размерах, большая масса тела и толстый подкожный жир помогали им легче переносить суровый климат.
Гипотезы о вымирании
Значительная часть представителей данной фауны вымерла в конце плейстоцена — начале голоцена (10—15 тысяч лет назад). Существует две гипотезы объясняющие это вымирание.
Климатическая
Согласно данной гипотезе животные мамонтовой фауны вымерли не сумев приспособиться к новым природно-климатическим условиям. Потепление климата и таяние ледников резко изменили природную обстановку в прежнем поясе приледниковой тундростепи: значительно увеличились влажность воздуха и выпадение осадков, как следствие, на больших территориях развилась заболоченность, зимой возросла высота снежного покрова. Животные мамонтовой фауны, хорошо защищенные от сухого холода и способные добывать себе пищу на просторах тундростепи в малоснежные зимы ледниковой эпохи, оказались в крайне неблагоприятной для них экологической обстановке. Обилие снега зимой сделало невозможным добывание пищи в достаточном количестве. Летом же высокая влажность и заболачивание почвы, крайне неблагоприятные и сами по себе, сопровождались колоссальным возрастанием численности кровососущих насекомых (гнуса, столь обильного и в современной тундре), укусы которых изнуряли животных, не давая им спокойно кормиться, как это происходит и ныне с северными оленями.
Таким образом, мамонтовая фауна оказалась за очень короткий срок (таяние ледников происходило очень быстро) перед лицом резких изменений среды обитания, к которым большинство составлявших её видов не смогло столь быстро приспособиться, и мамонтовая фауна как целое прекратила свое существование. Однако данная гипотеза совершенно не обьясняет тот факт, что до последнего голоценового потепления 10—12 тыс. лет назад, мамонтовый «ледниковый» биоценоз успешно выдержал несколько десятков потеплений и похолоданий. При этом многократные изменения климата не сопровождались вымиранием мамонтовой фауны; как показывает анализ находок костей ископаемых животных в теплые периоды мамонтовая фауна была даже более многочисленной, чем в холодные «ледниковые» периоды[1].
Антропологическая
Ряд исследователей считает главной причиной крушения мамонтовой фауны «палеолитическую революцию», позволившую первобытным охотникам освоить приполярные области Евразии и Северной Америки. В этих областях (в отличие от Африки и тропической Азии) человек появился достаточно поздно, уже освоив совершенные методы охоты на крупных животных. В результате мегафауна мамонтовых степей, не имевшая времени на адаптацию, исчезла, истребленная людьми[2][3][4]. При этом уничтожение первобытными охотниками ключевых «ландшафтообразующих» видов (в первую очередь мамонтов) означало разрыв экологических цепей и резкое падение биопродуктивности, что повлекло дальнейшее вымирание.
Представители мамонтовой фауны в настоящее время
Некоторые животные живут в Евразии и Северной Америке и сейчас, но уже в других природных и климатических зонах. Теперь эти виды не образуют вместе таких сообществ. Из крупных млекопитающих мамонтовой фауны сохранились до наших дней северные олени, обладающие большой подвижностью и способные совершать дальние миграции: летом в тундру к морю, где меньше гнуса, а на зиму на ягельные пастбища в лесотундру и тайгу; дикая лошадь до недавнего времени встречалась в степной и лесостепной зонах. В относительно малоснежных местообитаниях на севере Гренландии и на некоторых островах Североамериканского архипелага сохранились овцебыки. Сайгаки и верблюды переселились на юг в сухие степи, полупустыни и пустыни. Яки забрались в снежные высокогорья и живут теперь только на очень ограниченной территории. Лоси, волки и росомахи прекрасно приспособились к жизни в лесной зоне. Приспособились к новым условиям и некоторые мелкие животные из состава мамонтовой фауны, такие как лемминги и песцы.
По некоторым данным, в голоцене 4—7 тыс. лет назад на острове Врангеля ещё сохранялась популяция измельчавших мамонтов
52.Верхний палеолит,особенности развития человека и становление синантропных систем.
Человек верхнего палеолита.
Неандертальского человека повсюду, где найдены его останки, в верхнем палеолите сменяет человек современного типа. По строению тела и внешнему облику люди верхнего палеолита принципиально уже ничем не отличались от людей нашего времени. Особенно важно, что их руки уже были способны выполнять самые различные, в том числе весьма сложные, трудовые действия.
Их мозг, судя по строению черепа и слепкам его внутренней полости, тоже не отличался от мозга современного человека. На этом основании людей верхнего палеолита, в отличие от более древних людей, обозначают общим наименованием «разумного», т. е. мыслящего, человека (Homo sapiens). Различия между неандертальцами и людьми верхнего палеолита заключались не только в том, что теперь исчезли многие унаследованные от животного прошлого черты внешнего строения древнейших, ещё только формировавшихся людей, но и в том, что произошли существенные перемены в высшей нервной деятельности человека. Люди верхнего палеолита, несомненно, мыслили неизмеримо лучше, чем неандертальцы. С появлением человека современного типа не только стали всё быстрее и быстрее нарастать темпы развития культуры, но и открылись неизвестные ранее области творческой деятельности, недоступные более древним, людям нижнего палеолита. Это был новый, огромный шаг вперёд, неразрывно связанный со значительными изменениями во всех сторонах жизни и деятельности первобытного человека, прежде всего в росте и усложнении общественных связей.
53.Неолитическая революция и обусловленные ею нарушения в природных системах
Неолити́ческая револю́ция — переход человеческих общин от примитивной экономики охотников и собирателей к сельскому хозяйству, основанному на земледелии и животноводстве - трактуется как переход от присваивающей к производящей экономике. По данным археологии, одомашнивание животных и растений происходило в разное время независимо в 7-8 регионах. Самым ранним центром неолитической революции считается Ближний восток, где одомашнивание началось не позднее, чем 10 тыс. лет назад[1]. В центральных областях[уточнить]Мир-Системы превращение или замещение охотничье-собирательских обществаграрными датируется широким временным диапазоном от Х до III тысячелетия до н. э., в большинстве периферийных областей[уточнить] переход к производящему хозяйству завершился значительно позднее.
Понятие «неолитическая революция» было впервые предложено Гордоном Чайлдом в середине ХХ века. Кроме появления производящего хозяйства оно включает в себя ряд последствий, важных для всего образа жизни человека эпохи неолита. Маленькие мобильные группы охотников и собирателей, господствовавшие в предшествующей эпохе мезолита, осели в городах и поселках возле своих полей, радикально изменяя окружающую среду путем культивирования (в том числе ирригации) и хранения собранного урожая в специально возведенных зданиях и сооружениях. Повышение производительности труда вело к увеличению численности населения, созданию сравнительно больших вооруженных отрядов, охраняющих территорию, разделению труда, оживлению товарообмена, появлению права собственности, централизованной администрации, политических структур, идеологии и новых систем знания, которые позволяли передавать его из поколения в поколение не только устно, но и письменно. Появление письменности — атрибут окончания доисторического периода, который обычно совпадает с окончанием неолита и вообще каменного века. Неолитическую революцию можно трактовать как разрушение гармоничного сосуществования человека с природой, отныне он оказывается в оппозиции к ней, подстраивая окружающую среду под свои нужды, что приводит к возникновению цивилизации и технического прогресса.
Соотношение технологических характеристик неолита с появлением производящего хозяйства и последовательность этих событий у разных культур остаются предметом обсуждения и, по-видимому, различаются, а не являются только лишь следствием действия неких универсальных законов развития человеческого общества
54.Цивилизация «речного» типа. Кризисные ситуации, возникшие в ходе их развития.
Остальные типы древних цивилизаций основаны главным образом на растениеводстве (симбиозе человека с растениями), таким же древним, как загонная охота. Один из самых древних типов растениеводства сложился в долинах великих рек Востока – Тигра и Евфрата, Хуанхэ, Нила, Аму-Дарьи и др., а также в Центральной и Южной Америке). Здесь режимы земледелия полностью зависели от гидрорежима. Поэтому главным условием производства сельскохозяйственных культур и, следовательно, самого существования людей, было искусственное регулирование режима рек при помощи каналов и дамб для обводнения (гидромелиорации) исключительно плодородной почвы. При жарком климате это обеспечивало в нормальные годы (без стихийных бедствий) довольно высокие урожаи овощей, фруктов, злаков.
Люди регулировали реки, но и вся их жизнь, в свою очередь регулировалась реками. Ирригационная экономика без командно-распределительной системы – без центрального управляющего и учетного органа не могла поддерживать гидромелиоративную сеть вдоль великих рек. Так как ручные земляные работы были исключительно трудоемкими, а материальные стимулы в условиях натурального хозяйства не действовали, управление этими работами должно было быть не только централизованным, но и обожествленным (цари вполне официально считались живыми богами). Огромно значение в управлении хозяйством жрецов и бюрократии, выполняющих функции учета и контроля. Государство, как распорядитель ирригационных работ и распределитель воды, являлось верховным собственником и всех орошаемых земель, которыми распоряжалось через царские (государственные) или храмовые хозяйства. Крестьянские общины имели право наследственного пользования за натуроплату, размер устанавливался не по амбарному, а по биологическому урожаю (определялся до начала жатвы чиновниками).
Итак, в ирригационных системах непосредственным производителем материальных благ был крестьянин, юридически свободный, но обязанный государству трудовой повинностью. Производственный труд рабов по экономическим причинам не мог применяться: не было не только дефицита, но существовал избыток трудовых ресурсов (среди населения трудоспособного возраста). В период разливов рек, когда сельскохозяйственные работы прекращались, эти избыточные трудовые ресурсы было необходимо занять. Поэтому древневосточные государства могли вести строительство грандиозных сооружений силами трудообязанных крестьян египетских пирамид, вавилонской башни, великой китайской стены и пр. Такие сооружения причислять в древности к «чудесам света». Они и сейчас поражают воображение. Огромное число слуг в домах царей и знати, многонациональные гаремы – все это лишний раз подчеркивало престиж деспотии, ее безграничную власть. Поэтому положение рабов не очень отличалось от положения свободного населения: фактически все были рабами государства.
Кроме военного дела, выше среднего уровня была развита и гидротехника, особенно подача на верхние поля. Древнеегипетским «журавлем» (гдадуф) в течение 1 ч можно было поднять на высоту 6 м почти 2 т воды (при отсутствии насосной техники эффект весьма значительный).
Однако технология строительства уникальных гигантских зданий была примитивной. Например, Египет знал колеса, но при строительстве пирамид они не применялись. Даже такой простой подъемный механизм, как блок не использовался. Сооружение пирамиды Хеопса (самое высокое сооружение в мире до появления Эйфелевой башни) продолжалось 20 лет. Высокий уровень организации возмещал примитивную технологию, гарантируя стабильное воспроизводство жизни.
Завоевание ирригационных систем приводило к нарушению ритма хозяйственной жизни. Ирригационные системы Месопотамии, Китая, Египта, передней Азии неоднократно подвергались иноземным завоеваниям, приходили в убыток, но каждый раз возрождались, так как без орошения не могло быть жизни. Проще всего древневосточная система сочеталась с колхозным строем, установленным советской властью, но колхозы непомерным орошением земли под хлопок истощали воды Амударьи, они не успевали дойти до Аральского моря, которое стало высыхать.
55.Особенности производящего хозяйства цивилизаций античного мира(«морские» цивилизации)
Мощный удар по владычеству Египта в Азии нанесло нашествие народов моря, начавшееся в конце XIII в. до н.э. Египтяне определили, кто же такие народы моря. Это группа разнообразных по происхождению племен побережья и островов Малой Азии и Эгейского моря, которые начали движение на юг по суше (на колесных повозках) и по морю вдоль побережья (на кораблях).
Огнем и мечем прошлись они по Восточному Средиземноморью. В первой волне переселенцев участвовали племена шардана (позднейшие жители острова Сардиния), шеклеша (позднее жители острова Сицилия), турша (жители островов и земель Тирренского моря, давшие начало этрускам) и лука (возможно, ликийцы). Переселение было настолько мощным, что заставило египтян строить для защиты от них крепости.
Античное производство базировалось почти исключительно на железной технике. Железный сельхозинвентарь первого тысячелетия до н.э. (топоры, лопаты, заступы, вилы, кирки, мотыги, косы, ножницы, двуручные пилы и пр.) позволил увеличить посевные площади за счет расчистки лесных массивов, улучшить обработку почвы, ввести стрижку овец (до этого овечью шерсть выщипывали), трехпольный севооборот (озимые - яровые - пар), пилораму. Более совершенные кузнечные мехи (гармоника), железные клещи, зубила, сверла, несколько видов молотов, - все это повысило уровень металлообработки. В горном деле широко применялись обрушение породы, подъемные ручные ворота. Плавка металла производилась в муфельной печи (муфель - вырезанная в печи коробка), вращение мельничных жерновов - при помощи водяного колеса. Технический прогресс происходил только в военно-промышленном комплексе или там, где нельзя было применить дешевый труд рабов (когда рабы подорожали, на полях кое-где появились жатвенная машина, даже механизированная молотилка - повозка с зубьями, выбивавшими зерно из колосьев).
Подавляющая часть металла шла на создание вооружения. Появились сложные метательные механизмы. Предмет особой заботы античных государств - военно-морской флот - исключительно дорогостоящий. Самым крупным военным тоннажем располагали Афины и Рим, но даже небольшие средиземноморские полисы имели десятки триер - двухмачтовых, трехпалубных парусно-гребных судов
56.Кризисы, возникшие в результате становления цивилизаций морского типаАнтичная цивилизацияВозникновение античной цивилизацииАнтичная цивилизация может быть определена как дочерняя по отношению к цивилизациям Передней Азии и как вторичная по отношению к Микенской цивилизации. Она возникла на периферии ближневосточного культурного комплекса в зоне влияния сирийско-месопотамской и египетской цивилизаций. Поэтому ее рождение можно рассматривать как следствие социальной мутации, происшедшей в Восточном Средиземноморье при особом стечении целого комплекса обстоятельств.
К их числу в первую очередь следует отнести чрезвычайную близость двух материнских цивилизаций – Древнеегипетской и Месопотамской – зоны влияния которых неизбежно должны были пересечься. Их многовековое параллельное развитие оказывало перекрестное воздействие на соседние народы. В результате образовалась зона мощного социо-культурного напряжения, включавшая в себя Ближний Восток, Анатолию и Восточное Средиземноморье (Эгеида, Балканы, Крит). Египет и Месопотамия постепенно обрастали культурной периферией, развивавшейся под их непосредственным влиянием и зачастую контролем: Ливия, Куш, Ханаан, Финикия, Анатолия, Урарту, Мидия, Персида. Сближение зон влияния двух цивилизаций привело к возможности их объединения, которая с переходом к железному веку стала реальной. Попытки создания «мировых» держав Ассирией, Урарту, Вавилонией, Мидией были способом придать этому процессу определенную форму. Его смогла завершить Персидская держава Ахеменидов. Она стала политической формой единой Ближневосточной цивилизации. Ее логическим центром стала Вавилония, поэтому Египет навсегда сохранил обособленное положение, которое он периодически пытался оформить политически, и особую культуру.
Цивилизации более дальней периферии Месопотамии, такие как Бактрия, Согдиана, Крит, Эллада, находились под ослабленным влиянием материнской культуры и поэтому оказались способны создать собственные, отличные от исходной, системы ценностей. На Востоке такая система воплотилась в зороастриазме. Однако отсутствие природных рубежей, способных остановить экспансию Ближневосточной цивилизации, привело к включению дочерних цивилизаций Бактрии, Маргианы, Согдианы в состав Персидской державы, а, следовательно, в зону распространения ближневосточной культуры. Зороастризм стал господствующей религией державы Ахеменидов.
Иная ситуация сложилась в зоне западного влияния месопотамской культуры, где оно пересекалось с египетским. Два фактора оказывали деформирующее воздействие на распространение ближневосточной культуры в Восточном Средиземноморье – иная ландшафтная зона в Анатолии и на Балканах и давление этносов индо-европейского происхождения. Уже в эпоху бронзового века на территории Анатолии и Балкан сформировались совершенно иные, чем в Месопотамии, природно-хозяйственные комплексы. Особенно большое влияние оказывала близость моря, наложившая отпечаток на культуру Крита и островов Эгеиды. Однако в эту эпоху приобщение древних средиземноморцев и их северных соседей – индо-европейцев к достижениям месопотамской и египетской культур только развивалось. Поэтому культура Минойской цивилизации Крита и Микенской цивилизации Балкан выглядят на первый взгляд столь своеобразными по отношению к материнским цивилизациям. Местный этнический компонент еще преобладал в их культуре, однако общественная организация строилась на сходных принципах.
Качественные изменения внес третий фактор – переход Ближнего Востока и Средиземноморья к железному веку. Распространение железа было, хотя и меньшей по масштабам, чем переход к производящему хозяйству или промышленному производству, но заметной технологической революцией в истории человечества. Она привела к окончательному отделению ремесла от сельского хозяйства, а, следовательно, развитию разделения общественного труда, специализации и качественному изменению в человеческих отношениях, которые лишь с этой поры стали принимать форму экономических.
Изменение экономической основы всколыхнуло все общество Ближневосточной цивилизации, которое было вынуждено подвергнуться в той или иной степени перестройке с целью приспособления общественных форм к потребностям новых производственных отношений. При этом, если изменения в традиционных центрах концентрации цивилизационного поля были сравнительно невелики, периферия оказалась в ином положении. Сравнительная слабость популяционного поля на периферии привела во многих местах к его полному уничтожению во время перестройки, что выражалось в ликвидации городских и дворцовых центров, выступавших в роли социо-культурных ячеек цивилизационного поля. Одновременно пришла в движение буферная между цивилизацией и первобытным миром зона, что выразилось в передвижениях арамеев, народов моря, дорийцев, италиков, пеласгов, тирренов и др. Причиной этих передвижения стала интенсификация социо-культурного воздействия цивилизации на свою этническую периферию, имевшая объективной целью дальнейшее расширение цивилизационного поля. Таким образом, в Восточном Средиземноморье возник исторический феномен, именуемый современными историками темными веками или временным возвратом к первобытности.
Однако все сходятся на том, что исчезновение минойских и микенских дворцов не могло полностью стереть социальную память народа. Возможно, ориентация населения на протогородские или протополисные центры гомеровской эпохи была следствием сохранившейся ориентации социальных связей бронзового века на дворцовые центры. Демографический рост, подстегнутый дорийским переселением и хозяйственным освоением железа, только усилил эту ориентацию, заложив таким образом основу для формирования цивилизационных ячеек нового типа. Их небольшие размеры и характер организации во многом были обусловлены господствующим ланшафтом географической среды, представленным сравнительно небольшими равнинными или плоскогорными территориями, разделенными горными хребтами, морскими просторами либо сочетанием того и другого.
С переходом к железному веку на первый план в качестве ячеек организации социального поля выдвинулись вместо дворцов микенской эпохи общинные организации. Повышенная плотность населения и малоземелье делали борьбу за землю главным организующим началом общественного развития. Территориальная близость противников друг к другу и ориентированность на одинаковые ландшафтные зоны не способствовали складыванию иерархии соподчиненных общин. Вместо этого возникали более простые формы организации общин: полное покорение одних общин другими (Лаконика), объединение в союз равных вокруг единого центра (Беотия), синойкизм – слияние в единый коллектив (Аттика). Новая организация приводила либо к консервации первобытного принципа противопоставления своих чужим (Лаконика), либо к переносу его на более масштабное объединение представителей разных племен. Таким образом, складывавшиеся в VIII-VI вв. до н.э. государственные образования на населенной эллинами территории формировались в тесной зависимости от условий природно-географической среды и сохраняли стойкую связь с первобытной категорией общинности. Не случайно, поэтому характерным признаком античной цивилизации, определявшим соционормативные принципы и ориентацию общественной культуры, была автономная городская гражданская община (полис).
57.Кочевое скотоводство. Положительные и отрицательные черты
Данные цивилизации произошли от загонной охоты: со своими собаками охотники, попадая на естественные маршруты сезонных миграций диких животных, сначала постепенно становились пассивными (подобные некоторым хищникам – волкам, львам), затем активными пастухами, ведущими селекцию животных. Следовательно, скотоводы просто переняли у животных эксплуатацию почвы. Симбиоз человека с разнообразным одомашненным животным миром (особенно мелким и крупным рогатым скотом и лошадью) и породил своеобразный тип степной экономики, построенный на управляемых регулярных миграциях скота в места, где есть трава, из тех мест, где она уже выедена. Не все ясно в сути кочевой экономики в частности, характер собственности на скот и пастбищную территорию. Какова бы ни была собственность, обязательно преобладали при данном типе хозяйства мясомолочная пища, полигамия (многоженство), власть патриархов (при невысокой ценности человеческой личности). Благодаря своей мобильности, скотоводческий тип хозяйства (со скотом мигрирует весь народ) оказал огромное влияние на экономическое развитие всего мира.
Кочевые скотоводческие народы сконцентрировались на просторах Великой степи – огромной равнины, протянувшейся в Евразии от Карпат до тунгусской тайги. Здесь сформировалось хозяйство тюркских, иранских, угро-финских народов. Некоторые из этих народов совершали великие миграции – вплоть до средиземного, черноморского и даже атлантического побережий, что вызвало в социально-экономической жизни целых континентов важные изменения. Миграции печенегов, половцев и других тюркоязычных народов Великой степи в Северное Причерноморье в X–XII вв. и их давление на Киевскую Русь привели к переносу центра государства восточных славян из Приднепровья во Владимиро-Суздальскую Русь, а нашествие монголов в XIII в. – к превращению Руси в полуколонию татаро-монгольского государства Золотая Орда.
Самые грандиозные историко-экономические последствия имела миграция турок в Малую Азию, где они осели, и, образовав свое государство, в XIV–XVI вв. постепенно подчинили себе Балканский, Ближневосточный, Североафриканский и Азово-Черноморский регионы. Турецкая (Османская) империя стала препятствием в средиземноморской торговли Европы со странами Востока и стимулировала поиски других путей, которые в XV в. привели к открытию морского пути в Индию, Америку и созданию мировой экономики.
58.Кризис антропогенных систем в позднем средневековье. предпосылки, обусловившие промышленную революцию
Кризис перепромысла растительного материала (кризис продуцентов). Этот кризис принято считать вторы м антропогенным кризисом, который произошел 150—350 лет назад. В ходе промышленной революции он заставил человечество начать интенсивное использование минеральных (ископаемых) источников энергии, что совместно с другими процессами вызвало дисбаланс в энергетических процессах биосферы.  
Развитие торговли и коммерческих институтов в Европе предшествовало развитию промышленных институтов. Большая часть революционных изменений в западной промышленности и на транспорте в период между 1750 и 1880г. сводится к одному организационному - переходу от системы ремесленных мастерских к фабричном производству, и двум технологическим изобретениям: использованию силы воды и пара в фабричном производстве и пара для водного и сухопутного транспорта (паровые машины, используемые в текстильном и металлургическом производстве, пароходы и паровозы привели к промышленной революции), а также замена дерева как конструкционного материала железом и сталью.Это позволило увеличить размеры зданий и судов, повысить точность изготовления, сложность устройства и продолжительность эксплуатации станков и машин.Всю совокупность этих открытий английский историк А.Тойнби назвал в 1884 г. «промышленной революцией». Другой историк, Джон Неф выделяет первую промышленную революцию в Англии в конце XVI - начале XVII в. В это время использование угля и железа ориентировалось на количественные показатели в виде объема, эффективности, себестоимости. Возникла промышленность, которую Андре Зигфрид назвал «примитивной, пребывающей в погоне за количеством и технической производительностью». Наука перестала быть выражением отвлеченного и возвышенного любопытства, мысль решительно выступила в действие.Подъем промышленности был обусловлен главным образом развитием торговли. По выражению Манту, экспортеры были «возбудителями промышленности».Социальные и политические последствия этих изменений были разнообразны. Быстро росло население. Совершенствовалось сельское хозяйство, рост производства в нем сопровождался высвобождением работников из него. Рост городов вызывал увеличение спроса на продовольствие, но цены на него не росли, так как производство сельскохозяйственной продукции опережало спрос. При этом рост цен на землю сопровождался снижением цены сельскохозяйственного труда. Рост занятости в городах не обеспечивал поглощение избыточного сельского населения, поэтому росло число нищих и бродяг во всех странах Европы.Для бедняков был небольшой выбор: работа на фабриках, в слугах или батраках или высылка в колонии.Рост торговли и ремесленного производства в XVI - XVIII вв. создал обширные рынки, но большая часть товаров являлась предметами потребления феодалов, церкви и богачей.Например, производство часов было вызвано не столько реальными потребностями, сколько причудами и прихотями богатых людей. Император Карл V имел коллекцию из 3 тыс. часов (XVI в.). Китайские чиновники охотно принимали в подарок часы от европейских купцов.Морякам нужны были точные хронометры. Почти до XVIII в. они не обладали надежными методами для измерения долготы, для этого нужны были часы, которые аккуратно показывали время на долготе 0° (Гринвича), чтобы моряки могли сравнить время местного зенита с показаниями хронометра и вычислить свою долготу, каждый час соответствовал 15° долготы.Часы были нужны служащим и пассажирам железных дорог, мануфактурам и фабрикам, так как обеспечивали фабричную дисциплину. Труд стал оплачиваться по часам, время превратилось в деньги.
Первый хронометр, пригодный для моря, изобрел плотник Джон Харрисон. Анкерный спуск изобрел часовщик и ювелир Пьер Бомарше, известный как драматург и автор комедий «Севильский цирюльник» и «Женитьба Фигаро».Крупные предприятия возникали и до перехода от ремесленного производства к фабричному. Тысячи рабов (до 30 тыс.) работали на золотых рудниках в Испании времен Римской империи, тысячи человек работали в венецианском арсенале, строившем суда. У одного китайского мастера железных дел задолго до промышленной революции в Англии работали 2 000 человек.Мастерская ремесленника была домом, где жили и работали мастер и его подмастерья, даже питаясь вместе. Владельцы фабрик усовершенствовали эту систему, строя поселки для рабочих и служащих около фабрики и организуя столовые.Но с развитием фабричной системы и отдалением рабочих от фабрикантов росли и социальная дифференциация и отчуждение рабочих от хозяев фабрики. На первом этапе развития фабрик они использовали водяные двигатели: водяные мельницы мололи зерно, откачивали воду из шахт, снабжали Лондон водой, приводили в движение прядильные машины.Появившиеся в XVIII в. паровые машины далеко не сразу вытеснили водяные двигатели. Еще в 1870 г. большинство фабрик США использовали энергию водяных турбин, а не паровых двигателей. В Англии уже к 1838 г. текстильная промышленность использовала больше паровых двигателей, чем водяных. По оценкам А.Д.Тейлора, в 1838 -1850 гг. суммарная мощность водяных мельниц сократилась с 8 917 до 7 518 л.с., а паровых двигателей выросла - с 39 579 до 61 586 л.с.Паровой двигатель Ньюкомена начали использовать с 1725г. Через 50 лет Джеймс Уатт так усовершенствовал двигатель Ньюкомена, что потребление угля сократилось на 2/3. Он создал двухтактный двигатель с центробежным регулятором.Последователи Уатта создали паровой двигатель высокого давления, топку, котлы, передаточные механизмы, пригодные для установки на судах и локомотивах.Использование паровых двигателей позволило размещать фабрики вдали от рек, рядом с рынками сбыта и транспортными узлами. Изменились планировка фабрик, количество и конструкция станков, приводимых в движение одним двигателем.Производство железа и сталиВ XVIII в. плавильные печи и горны были невелики по размеру и использовались только 30 недель в году, давая в среднем по 12т железа в неделю (за год - 360 т). Затем производительность печей выросла, применение воздуходувки Вилкинсона, с двигателем Уатта, мастера из Стаффордшира, обеспечило производство в 1 600 т железа в год. Выработка железа сдерживалась нехваткой древесного УГЛЯ, т. к. леса в Англии быстро исчезли. А.Дерби сумел заменить дерево коксом в производстве железа. В 1784г. Корти добился превосходства английской металлургии над шведской, открыв метод пудлингования (производство стали, при котором передел производится на полу пудлинговой печи). Применение каменного угля, предварительный подогрев воздуха, используемого для поддува, увеличение размера печей и т.п. привели к существенной экономии топлива.Возросшее производство чугуна и стали, снижение его издержек создали условия для увеличения производства паровых двигателей, судов и железных дорог. Вывоз угля из Великобритании вырос с 250 тыс.
т в 1828 г. до 2 млн 100 тыс. т в 1845 г. Производство чугуна в чушках возросло с 25 тыс. т в 1720 г., до 125,8 тыс. т в 1796 и 200 тыс. т в 1800 г. (рост в восемь раз за 80 лет). В 1880 г. Британия производила 7 749 тыс. т. чугуна (рост в 39 раз за 80 лет).Генри Бессемер после ряда экспериментов в конце 1850-х -начале 1860-х гг. запустил конвертер для производства стали. Сталь и чугун стали основными материалами для изготовления машин и оружия.Текстильная промышленностьВ XVIII в. в Англии появился ряд изобретений, которые резко изменили производство во многих отраслях промышленности.В текстильной промышленности Кей в 1733 г. изобрел «летающий» челнок, ускоривший хлопкоткачество. Хлопкопрядение было усовершенствовано в 1765г. изобретением Гиггсом механической прядильной машиной «Дженни» работавшей с шестью веретенами, а затем тонкопрядильной ватермашины Аркрайта в 1769 г. и мульмашины Кромтона в 1775 г. В начале XVIII в. изготовляли пряжу и ткали на деревянных ручных и ножных станках. Изобретение Ричардом Аркрайтом механического станка для прядения привело к созданию прядильных фабрик у водяных мельниц (в 1788 г. в Англии их было 143). В 1785г. сельский священник Картрайт изобрел механический ткацкий станок, приводившийся в движение паром и позволивший одному человеку, использующему этот станок, заменить 40 ткачей. Благодаря изобретению Джонсона в 1803 г. ребенок мог управлять двумя ткацкими станками.С изобретением парового двигателя производство пряжи вернулось в города, где находилась текстильная промышленность. Механическое веретено в начале XIX в. вырабатывало в 100 раз больше пряжи, чем ручная прялка. К 1811 г. в Англии насчитывалось до 4,5 млн механических веретен.Первый ткацкий станок Картрайта появился в 1785 г., он продолжал совершенствоваться. Эти станки удешевили производство низкосортного текстиля. Их число с 2400 в 1813 г. возросло до 55500 в 1829г.Рост производительности ткацких станков с механическим приводом и улучшение качества тканей привели к вытеснению ручного ткачества. В 1829 - 1831 гг. в Соединенном королевстве работали 225 тыс. ручных ткацких станков и 60 тыс. механических. В 1844 -1846 гг. было уже 60 тыс. ручных и 225 тыс. механических. К 1850 г. механические станки стали втрое производительнее ручных станков, на них ткали ткани высшего качества и ручное ткачество исчезло. К 60-м гг. XIX в. считались крупными фабрики, имевшие 30 - 40 тыс. веретен, к концу XIX в. не редкостью были фабрики с 300 - 400 тыс. веретен.Ввоз сырья рос еще быстрее: хлопка с 51 млн фунтов в 1813 г. до 490 млн в 1841 г., шерсти с 9 млн 775 тыс. фунтов в 1813 г. до 49 млн в 1840г.Рост производства и снижение цен вели к расширению рынков. Все более широкие слои населения могли покупать шерстяные и хлопчатобумажные ткани, фарфор и другие товары.В 1790-х гг. британская текстильная промышленность импортировала в среднем 27 млн фунтов хлопка в год, в 1890-х гг. -среднегодовой импорт хлопка составил уже 1 799 млн фунтов (рост почти в 67 раз).Все это свидетельствует об исключительно бурном развитии текстильной промышленности Англии в конце XVIII -первой половине XIX в.
59.Развитие и установление систем техногенного характера. Формирование «океанических» цивилизаций.
техногенная катастрофа (англ. Industrialdisaster) — крупная авария на техногенном объекте, влекущая за собой массовую гибельлюдей и даже экологическую катастрофу.
Одной из особенностей техногенной катастрофы является её случайность (тем самым она отличается от терактов[1]). Обычно противопоставляется природным катастрофам[2]. Однако подобно природным техногенные катастрофы могут вызвать панику, транспортный коллапс, а также привести к подъему или потере авторитета власти[3]Юридически классифицируют как чрезвычайную ситуацию.
В английском языке термин «техногенная катастрофа» употребляется редко. Американские и английские авторы в таких случаях обычно говорят о «технологических катастрофах» (technological catastrophes[4]) и «технологических бедствиях» (technological disasters). В английской википедии термин техногенная катастрофа разделяется на промышленные бедствия (англ. Industrialdisasters), транспортные происшествия (англ. Transportationdisasters), прорывы трубопроводов, и все это вместе с войнами и терактами объединяется в рукотворные бедствия (англ. Man-madedisasters).
Новое время - период в истории человечества, находящийся между Средневековьем и Новейшим временем. Критерием определения «нового времени», его «новизны» по сравнению с предшествующей эпохой был, с точки зрения гуманистов, расцвет в период Ренессанса светской науки и культуры, то есть не социально-экономический, а духовно-культурный фактор. Понятие «новое время» было воспринято историками и утвердилось в научном обиходе, но смысл его во многом остаётся условным — не все народы вступили в этот период одновременно.
Сейчас происходит возникновение новой цивилизации, новой системы отношений, «европейского мира», «европейского чуда» и экспансия европейской цивилизации в другие районы мира.
В противоположность локальным цивилизациям прошлых эпох цивилизация Нового времени вышла за пределы Западной Европы и стала со временем мировой. Европейские народы, консолидированные в единое историческое пространство, колонизовали Новый Свет, Азию, Африку, соединив эти континенты торговыми путями и культурными связями. В начале Нового времени было положено начало формирования единой мирохозяйственной системы. Глобальный характер океанической цивилизации дал людям Нового времени ощущение причастности ко всему миру, сознание того, что Земля — общий дом человечества.
Одним из самых важных изменений Нового времени было расширение известной тогдашним европейцам ойкумены. За очень короткий период (конец XV век — начало XVI века) европейские мореплаватели обогнули Африку, проложили морской путь в Индию, открыли новый континент — Америку и совершили кругосветное плавание. Примечательно, что именно открытие Колумбом Америки (1492 год) принято считать символическим окончанием Средних веков. Эти путешествия были бы невозможны без предпосылок, главными из которых являлись: изобретение компаса и создание судна, способного преодолевать огромные расстояния в открытом море. Интересно, что одно из этих изобретений было сделано задолго до наступления Нового времени.
Судном, на котором первооткрыватели отправлялись в дальние плавания, стала каравелла. Эти небольшие по современным меркам суда изменили карту мира, с каравеллами прочно связана вся эпоха великих географических открытий. Довольно характерно название, которое каравелла получила в нидерландском языке, — oceaanvaarder, буквально — «судно для океана».
Однако одних предпосылок недостаточно, должен был быть мотив, заставлявший отправляться в далёкие и опасные путешествия. Таким мотивом стал тот факт, что во второй половине XV в. завоевавшие ослабевшую Византийскую империю турки перекрыли караванные пути на восток, по которым в Европу доставлялись пряности. Таким образом, прервалась приносившая сверхприбыли торговля. Именно желание найти альтернативный доступ к богатствам востока и стало стимулом мореплавателей конца XV — начала XVI веков. Следовательно, обоснованной выглядит точка зрения, считающая датой окончания Средних веков 1453 год — захват турками Константинополя.
Интересно отметить, что таким образом именно экспансия мусульманской цивилизации послужила тем катализатором, который вызвал ускоренное развитие цивилизации европейской.
60.Кризисные ситуации, вызванные техногенными системами
Чрезвычайные ситуации экологического характера и их влияние на изменение состояния окружающей среды.
Чрезвычайная ситуация - это процесс возникновения в течение короткого периода времени экстремальных условий для человека, преодоление которых требует высокого персонального уровня физической, физиологической, психической, моральной устойчивости.
В данном определении установлена следующая связь: в чрезвычайных ситуациях возникают экстремальные условия для человека.
Далее рассмотрим связь экстремальных условий с безопасностью личности и жилища.
Чрезвычайные ситуации можно сгруппировать на виды следующим образом:
Чрезвычайные ситуации природного происхождения, ураган, оледенение проводов энергоснабжения, обрыв проводов, следствие падение опор ЛЭП энерго передающих линей, отказ отопительных систем в сильные морозы это катастрофа для больших городов. При возникновении таких ситуаций, на восстановление могут уйти месяцы.
Чрезвычайные ситуации техногенного характера, оползни, землетрясения, наводнения, вывод из строя обширных газотранспортных систем и энергоснабжения. В зимнее время, это полнейшая катастрофа для мегаполисов.
Чрезвычайные ситуации социального происхождения, вспомните ураган в Новом Орлеан Америка, когда все фанерные каркасные дома просто сдуло, полнейший хаос для всего населения, грабеж, мародерства, убийства. В чрезвычайных ситуациях, нормальные люди превратились в животных. Америка не исключение, во всех странах без исключения, где происходили катаклизмы, психика человека не устойчива, привыкшего к беззаботной и сытной жизни.
Чрезвычайные ситуации экологического характера.
Чрезвычайные ситуации экологического характера - это экстремальные ситуации, связанные с изменением состояния суши, кризисные ситуации, связанные с изменением свойств атмосферы, водной среды.
Классификация чрезвычайных ситуаций экологического характера может быть представлена в виде:
Источник чрезвычайных ситуаций             
Характеристика проявления чрезвычайных ситуаций
Изменение состояния суши почв, недр, ландшафтов.         
- Катастрофические просадки, оползни, обвалы земной поверхности из-за выработки недр
- Интенсивная деградация почв, опустынивание, засоление, заболачивание и др.
- Кризисные ситуации, связанные с истощением природных ископаемых
- Кризисные ситуации, вызванные переполнением хранилищ (свалок) промышленными и бытовыми отходами.
Изменения состава и свойств атмосферы               
- Резкие изменения погоды или климата в результате антропогенной деятельности
- Превышение предельно допустимых концентраций вредных примесей в атмосфере городов особенно в безветренные дни смог.
- Значительное превышение предельно допустимого уровня городского шума
- Образование обширной зоны кислотных осадков, дождей, когда полностью или частично повреждаются урожаи сельскохозяйственных культур, особенно вокруг больших мегаполисов и промышленных зон.
- Температурные инверсии над городами в безветренные и солнечные дни
Изменение состояния гидросферы           
- Резкая нехватка питьевой воды из-за загрязнения окружающей среды, особенно актуально для больших городов.
-Истощение пригодных для питья водных ресурсов, уже ощущается во многих странах мира и переросло в геополитику.
- Загрязнение надземных  подземных водных ресурсов, практически в большинстве крупных городов мегаполисов и вокруг них.
Изменение состояния биосферы  вокруг городов.
- Исчезновение видов животных, растений
- Резкое изменение способности биосферы к воспроизводству ресурсов.
- Массовая гибель животных
Существуют критерии измерения последствий чрезвычайных ситуаций экологического характера
число пострадавших 15 чел. и более.
число погибших 4 чел. и более.
загрязнение окружающей среды, превышающее ПДК(ПДУ) в 50 и более раз или по радиоактивным веществам в 100 и более раз.
Загрязнение земель и недр токсичными отходами.
По масштабу распространения с учетом тяжести последствий ЧС могут быть классифицированы на:
локальные - имеют последствия, не выходящие за пределы рабочего места, рабочего участка, усадьбы, квартиры;
- последствия ограничиваются пределами объекта экономики и могут быть устранены за счет его сил и средств;
местные - имеют масштаб распространения в пределах населенного пункта, в т.ч. крупного города, административного района, нескольких районов и могут быть устранены за счет сил и средств области;
региональные - последствия охватывают несколько областей и могут быть ликвидированы за счет сил и средств региона;
национальные - последствия, охватывающие несколько экономических районов(регионов), но не выходящие за пределы страны, ликвидируются силами и средствами государства;
глобальные - выходят за пределы страны и распространяются на другие государства, устраняются как силами каждого государства на своей территории, так и силами и средствами международного сообщества.
Экологические чрезвычайные ситуации могут возникать не только при промышленных авариях, но и при резком изменении параметров окружающей среды в связи с критической массой изменений. Наиболее известные примеры этого - желтые дети на Алтае, массовое выпадение волос у детей в Черновцах. Для больших городов такие ситуации могут наступать при явлениях постоянного смога, массовой гибели деревьев, геологических процессов (провалы, оползни и т.д.).
Оценивая экологическое состояние по разным компонентам и критичность тех или иных состояний, мы должны иметь ввиду закон эволюционно-экологической необратимости: экосистема, потерявшая часть своих элементов, не может вернуться в первоначальное состояние.
Отслеживая состояние окружающей среды различными системами мониторинга, основным с точки зрения экологической безопасности является выявление критических состояний, при достижении которых наступают необратимые изменения среды или социально - и экономически неприемлемые последствия для населения.
При оценке экологической безопасности необходимо иметь в виду, что явление, удаленное во времени и в пространстве, кажется менее существенным. В природопользовании этот принцип особенно часто ставится основой неверных практических действий.
То что сегодня кажется экономически и социально значимым и целесообразным, может привести к гораздо более существенным негативным экономическим и социальным последствиям. В ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство само поддержания и саморегуляции. Слабые воздействия могут не вызывать у природной системы ответных реакций до тех пор, пока, накопившись, они не приведут к развитию бурного динамического процесса.  Влияние чрезвычайных экологических ситуаций на окружающую среду.
Человечество все чаще и чаще страдает от чрезвычайных экологических ситуаций. Стихийные и антропогенные бедствия, такие как потопы, засухи, циклоны, землетрясения, оползни и лесные пожары, происходят во всем мире все чаще и становятся все более суровыми по своим последствиям.
Несмотря на предпринятые усилия, не удалось предотвратить антропогенные аварии, такие как выбросы химических веществ и нефтяные разливы; наряду с этим во многих частях земного шара причинами чрезвычайных экологических ситуаций становятся также вооруженные конфликты. Бедствия нанесли огромный ущерб экономике и стали причиной гибели большого числа людей, но в обозримом будущем чрезвычайные экологические ситуации будут по-прежнему иметь место.
Деградация экосистем, быстрые темпы роста промышленности и расширение применения химических веществ порождают надежды на своевременное и эффективное реагирование на чрезвычайные ситуации. Кроме того, наблюдается также рост числа и сложности чрезвычайных ситуаций с участием природных и антропогенных элементов.
В то же время темпы промышленного развития во многих развивающихся странах опережают возможности правительств по развитию инфраструктуры для борьбы с бедствиями, что порождает значительную уязвимость и большую зависимость от международной помощи.
Рост глобального внимания к чрезвычайным ситуациям, будь то антропогенным или стихийным, отражает сложную взаимосвязь экономических, социальных, политических и экологических условий. В результате высоких темпов роста численности народонаселения и урбанизации все большее число людей подвергается риску в период бедствий. Страны со слаборазвитой экономикой и небольшие страны, в частности, могут подвергаться серьезному риску, когда возникает угроза для собственности и инвестиций.
Недостаточный потенциал для борьбы с чрезвычайными ситуациями, будь то из-за слаборазвитых механизмов управления или недостатков в концентрации и использовании экономических ресурсов, может быть как причиной, так и следствием уязвимости. В свою очередь уязвимая окружающая среда делает чрезвычайные ситуации еще более разрушительными.
Нищета представляет собой серьезную угрозу для окружающей среды в целом и для населенных пунктов и биологического разнообразия в частности. Учащение антропогенных и стихийных бедствий и техногенных аварий и ужесточение их характера вполне могут изменить глобальную окружающую среду таким образом, что это непосредственно скажется на мировой экономике.
Все эти угрозы окружающей среде стали очевидными в стихийных бедствиях и чрезвычайных экологических ситуациях, имевших место в последнее время. Самые серьезные бедствия, имевшие место в последние два года, привели к напряженности в отношении национальных, региональных и глобальных ресурсов. Многие стихийные бедствия происходили одновременно с национальными или трансграничными конфликтами, в результате чего повестка дня в области окружающей среды была вынуждена конкурировать с глобальными проблемами, такими как миротворчество, оказание помощи и восстановление, уменьшение масштабов нищеты и устойчивое развитие.
Чрезвычайные ситуации, как правило, определяются как неожиданное наступление событий, имеющих затяжные и тяжелые последствия. Чрезвычайные экологические ситуации являются неожиданными стихийными и антропогенными бедствиями или происшествиями, которые вызывают или угрожают вызвать ущерб экологии и гибель людей, и уничтожение собственности.
Несмотря на свое неожиданное проявление, многие чрезвычайные ситуации долгое время сказываются на жизни той или иной страны или региона. Многие аспекты чрезвычайных ситуаций требуют сочетания быстрых мер реагирования и долгосрочных мер по смягчению их последствий. Самым важным соображением в действиях в связи с чрезвычайными ситуациями является не само происшествие, а возможности пострадавшего населения справиться с их последствиями и вернуться к нормальной жизни.
Сложные чрезвычайные ситуации и чрезвычайные экологические ситуации имеют много общего. Самым важным является то, что чрезвычайные ситуации сопряжены с явлениями, действиями или совокупными обстоятельствами, которые имеют трагические последствия для локальных, региональных и глобальных экологических условий. Они могут иметь экологический характер по своему происхождению, но могут быть также и результатом военных действий, недостаточного развития, неправильной политики, неверных выборов путей развития или недостатков административного характера.
Чрезвычайные ситуации затрагивают окружающую среду, когда они имеют прямое или косвенное воздействие на экологию и населенные пункты, которое проявляется в значительно более широких масштабах в сравнении с немедленными мерами реагирования гуманитарного характера. Изменение экологических условий может провоцировать чрезвычайные ситуации из-за одновременного увеличения давления на окружающую среду. Предотвращение чрезвычайных ситуаций и смягчение последствий бедствий являются главными компонентами в глобальных усилиях по обеспечению безопасности окружающей среды.
Предотвращение загрязнения путем экологически чистого производства - это процесс, когда более чистые, безопасные и экологически благоприятные технологии применяются на протяжении всего процесса производства и потребления, от эксплуатации ресурсов до удаления отходов, при полном использовании материалов, предотвращающих загрязнение и сокращающих риск для людей и окружающей среды. Экологически чистое производство - это основополагающий подход к предотвращению и уменьшению риска чрезвычайных экологических ситуаций, особенно техногенных чрезвычайных ситуаций
Некоторые отрицательные экологические последствия проявляют себя не сразу, а спустя месяцы и годы после самой чрезвычайной ситуации. Поэтому важно заранее предусмотреть их возможность, с тем, чтобы принять меры по нормализации экологической обстановки.
Экологический кризис все в большей степени препятствует переходу человечества к устойчивому развитию, несмотря на ряд важных политических решений, принятых в последние десятилетия на международном и национальном уровнях. На сегодняшний день нет ни одной страны в мире, про которую можно было бы сказать, что ее развитие является устойчивым. По-прежнему наблюдается стремительное сокращение природного капитала планеты, сопровождающееся ростом социального неравенства, загрязнения окружающей среды и возрастанием экологически обусловленных нарушений здоровья населения. На рубеже тысячелетий значительную часть беженцев в мире стали составлять люди, спасающиеся от экологических катастроф.
К числу основных глобальных факторов дестабилизации природной среды, которые проявляются, как последствия чрезвычайных ситуаций экологического характера относятся:
- рост потребления природных ресурсов при их сокращении;
- рост населения планеты при сокращении пригодных для обитания территорий;
- деградация основных компонентов биосферы и обусловленное этим снижение способности природы к самоподдержанию и обеспечению существования человеческой цивилизации;
- возможные изменение климата и истощение озонового слоя Земли;
- сокращение биологического разнообразия;
- возрастание экологического ущерба от стихийных бедствий и техногенных катастроф;
Угрозы катастроф, обусловленных наличием глобальных проблем, естественно, существуют и в России. По мнению многих экспертов, темпы и масштабы деградации окружающей среды в стране находятся на среднемировом уровне, но при этом по характеру деградации земель и лесов Россия ближе к развивающимся странам, а по выбросам ядовитых веществ в воздушную и водную среду, их массе и разнообразию - к развитым в промышленном отношении странам.
Вместе с тем, к особенностям деградации окружающей среды в России следует отнести самую высокую в мире радиационную загрязненность и более высокий по сравнению с другими развитыми странами уровень загрязнения токсичными тяжелыми металлами, пестицидами, органическими соединениями.
Значительное негативное влияние оказывает преимущественно экстенсивный характер экономики, сопровождающийся нерациональным использованием многих видов природных ресурсов, нерациональными объемами добычи природного сырья, концентрацией производств только в отдельных регионах без учета хозяйственной емкости соответствующих экосистем, отсутствием мощностей по переработке бытовых и производственных отходов. К этому следует добавить наличие на большинстве предприятий устаревших технологий, ненадежность технологического оборудования, обусловленную старением основных фондов, и т. д.
Обширная территория России характеризуется разнообразием природно-климатических зон. От полярной, с вечной мерзлотой, коротким летом, скупой растительностью, в окружающей среде которой восстановительные процессы протекают медленно. Обеспечение экологической безопасности хозяйственной деятельности очень сложно. Прикаспийские полупустыни с засушливым климатом и 30-ти градусной жарой.
Кроме того, территория России подвержена воздействию более 30 видов опасных природных процессов и явлений. Развитие и проявление, которых в виде природных катастроф и стихийных бедствий наносит большой ущерб и приводит даже к человеческим жертвам.
Среди них наиболее частых явленней, наводнения, лесные пожары, ураганы, бури, тайфуны.  Длительные и обильные дожди, землетрясения, сильные снегопады, оползни, обвалы и лавины, засухи, провалы поверхностного слоя земли, извержения вулканов и др. Ежегодно фиксируется около 400 случаев проявления подобных явлений.
Важно учитывать, что одним из признаков природного объекта является его взаимосвязь с окружающей природной средой. Антропогенное или природное влияние на один природный объект неизбежно влечет влияние на другой.
Экологические проблемы по глубине негативного воздействия и катастрофическим для всего живого последствиям, несравнимы ни с какими другими проблемами. Причиной экологического кризиса является его антропогенный характер, обусловленный экологическим нигилизмом лиц, принимающих решения, и экологической неграмотностью населения. Недооценка важности и необходимости приоритетного решения экологических проблем обернется серьезными последствиями.
Природа - не бездонная, неисчерпаемая кладовая, это живой организм, здоровье которого, уже подорвано нарастающим изъятием природных ресурсов, интенсивной хозяйственной деятельностью и накоплением непомерного груза отходов, отравляющих все живое. Нарастание глобального загрязнения окружающей среды привело к снижению иммунитета и ухудшению здоровья людей, появлению новых болезней, к резкому потеплению климата на планете, и не на 0,5° за 100 лет, как прогнозировалось, а на 1,5°. В ближайшие 50 лет ожидается повышение температуры до 4°.
Гарантия техногенной и экологической безопасности определяется, прежде всего, развитием безопасных технологий, качественными параметрами производства и наличием ресурсов, используемых для снижения вероятности возникновения драматических последствий его функционирования, прогнозированием природных катастроф и концентрацией средств на ликвидацию их последствий.
Человечество для природы это хищники и варвары так можно коротко охарактеризовать отношение к окружающей среде обитания. Не одно живое существо на планете так не относится к природе. Не может планета выдержать такого колоссального числа нагрузок на экологию.
Правительства всех практически стран заинтересованы в увеличении численности населения, а не в ограничении. Тут уже геополитика, у кого пушечного мяса и холопов больше тот и сильней, не один политик не думает об ограничении рождаемости и разумном подходе к природе.
Бизнес деньги и еще раз деньги сегодня, а завтра трава не расти, жадность погубит человеческую сущность. Через время все горы снесут на строительство небоскребов, и уже не 12 м2 жил площадь положено будет а 1000 жадность не имеет границ. Уже сейчас многие хвалятся что у них дом 2000 м2.  исходя из выше изложенного думаю кто строит дома из возобновляемых источников поступают разумно в отношении к природе.
Уют в доме не зависит от размера, а от отношения людей живущих в них. Кто-то хвалится, что у него жена много любовников имела, пользовалась спросом, кто-то доволен, что он единственный любимый и на всю жизнь, с милым и в шалаше рай. Кому то эти 2000 м2 кажется тюрьмой, но когда богатство ставится на первое место человек теряет уважение, мнимое уважение и подхалимаж кому то нравится, скрытую ненависть они не замечают или стараются не замечать. Богатство временное явление нищета на всю жизнь. Любой катаклизм может сравнять в правах, у кого много тот очень расстроится, у кого нет, он и не заметит.
Дом из переработанной соломы это в первую очередь, жилье из не энергоемких дешевыхстроительных материалов, и возможность утилизации отходов по завершению срока эксплуатации жилья, зданий и сооружений без вреда природе.
Охрана окружающей среды обитания, во вторую очередь только другие энергоемкие ресурсы.
Последнюю очередь технологиивыработки  энергоресурсов из возобновляемых источников энергии не наносящих вред окружающей среде.
Это безотходное производство, после завершения срока эксплуатации домазданий и сооруженийудобрение. Новая технология, переработка обработка тюков из прессованной соломы в дешевый строительный блок. Дом без отопления нет необходимости проявлять особое беспокойство в случае чрезвычайных ситуаций. Сбой в работе энергосистем и газоснабжения дом до полного охлаждения продержится месяц абсолютно без отопления. У меня в утепленной бане хоть год не топи вода не замерзает. Если бы он из соломенных блоков был цены ему не было бы, после топки даже на следующий день пар есть.

Приложенные файлы

  • docx 8866235
    Размер файла: 397 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий