Наука изучающая землю как планету солнечной системы разрабатывает способы: Какая Наука — изучает землю как планету солнечной системы.разрабатывает способы определения времени, географических координатю, изучает…

Геология 🌟 Что такое, определение, значение и объект изучения, фото и видео

Автор Анималов В.С. На чтение 10 мин Опубликовано 16.10.2019 Обновлено 19.01.2021

Содержание:

Что такое геология?

Геология это естественная наука, изучающая Землю, материалы из которых она состоит, структуры этих материалов и процессов, действующих на них. Она включает в себя также и изучение организмов, населявших нашу планету. Важной частью геологии является изучение того, как земные материалы, структуры, процессы и организмы менялись с течением времени.

Что делают геологи?

Если обобщить, то геологи решают следующие задачи:

• прогнозирование поведения систем Земли и вселенной;
• поиск запасов природных ресурсов, таких как грунтовые воды, нефть и металлы;
• сохранение почв и поддержание продуктивности сельского хозяйств;
• разработка природных ресурсов способами, которые не вредят окружающей среде;
• поддержание качества водоснабжения;
• сокращение потерь и утрат имущества в результате стихийных бедствий, таких как извержения вулканов, землетрясения, наводнения, оползни, ураганы и цунами;
• создание системы геологического контроля над природной средой и прогнозирование воздействия на нее деятельности человека;
• определение баланса между потребностью общества в природных ресурсах и необходимостью поддержания здоровых экосистем;
• понимание глобальных климатических моделей.

Чем занимаются геологи?

Что изучает геология?

Геология — наука, которая изучает твердую Землю, окаменелости и горные породы, из которых она состоит, а также все процессы, влияющие на ее формирование и изменения с течением времени. Но геология не ограничивается лишь Землей — анализ горных пород других планет, спутников или иных небесных тел также входит в ее компетенцию.

На современном этапе развития геология охватывает многие географические науки — гидрологию, метеорологию, климатологию и другие — поэтому она считается одной из основных дисциплин, изучающих планету.

Геология пытается познать то, что находится на поверхности Земли, но еще и то, что скрыто под ней, а также все процессы, влияющие на эту сложную систему. Наука разрабатывает методы, с помощью которых можно определять возраст найденных пород и их историю. Комбинируя эти инструменты, геологи могут вести хронологию геологической истории Земли в целом, а также определять возраст нашей планеты и все глобальные изменения, которые в нем происходили.

Что изучает геология?

Благодаря геологии нам известны основные движения тектонических плит, происходивших в процессе эволюции планеты, основные ступени развития жизни и прошлые климатические зоны, царившие на Земле.

Геологи используют широкий спектр методов для понимания структуры и эволюции планеты, включая:

• полевые работы;
• описание пород;
• геофизические методы;
• химический анализ;
• физические эксперименты;
• математическое моделирование.

С практической точки зрения геология важна для разведки и эксплуатации минеральных и углеводородных ресурсов, оценки водных ресурсов, понимания природных опасностей, устранения экологических проблем и предоставления информации о прошлых изменениях климата. Геология является основной академической дисциплиной.

Минералогия

Что такое минералы?

Минералы

Минерал — это твердое химическое соединение, которое можно встретить в природе в чистом виде. Минералы часто ассоциируются у людей с горными породами, так как последние состоят из первых. Породы в свою очередь могут состоять из одного или нескольких минералов. Соединения же, которые встречаются только в живых организмах, к минералам не относятся, хотя есть ряд исключений. Так, если говорить, к примеру, о минералах, которые являются биогенными (кальцит) или органическими (меллит), то они относятся к минералам. Еще стоит учитывать, что живые организмы зачастую сами производят неорганические материалы, которые зачастую присутствуют в породах.

Минерал должен отвечать пяти требованиям:

1. должен встречаться в природе;
2. быть неорганическим;
3. быть твердым веществом;
4. иметь определенный химический состав;
5. Иметь упорядоченную внутреннюю структуру.

В геологии и минералогии термин «минерал» обычно используется отношении минеральных частиц: кристаллических соединений с довольно четко определенным химическим составом и определенной кристаллической структурой.

Минералы без определенной кристаллической структуры, такие как опал или обсидиан, правильно называются минералоидами, то есть минералоподобными веществами. Если химическое соединение может встречаться в природе с различными кристаллическими структурами, каждая структура считается различным минеральным видом. Так, например, кварц и стишовит — это два разных минерала, состоящих из одного и того же соединения — диоксида кремния.

Горные породы

Горная порода

Горная порода — это природная совокупность минералов и минералоподобных веществ, называемых минералоидами. Когда материал затвердевает или кристаллизуется из лавы или магмы — это магматическая порода. Далее магматическая может стать осадочной, благодаря действию ветра и разрушению. На последней ступени порода под воздействием тепла и давления изменяет свое минеральное содержание и становится метаморфической. Но круг с третьей ступени может пойти заново, если камень начнет еще раз таять.

Большая часть исследований в области геологии связана с изучением горных пород, потому что именно они несут в себе всю историю Земли.

Типы горных пород

Существует три главных типа:

1. магматические;
2. осадочные;
3. метаморфические.

Каждая порода в свою очередь имеет в своей структуре определенные минералы. Каждый минерал имеет определенные физические свойства, и существует множество тестов для определения каждого из них.

Образцы могут быть проверены на:

• сияние: качество света, отраженного от поверхности минерала;
• цвет: в основном каждый минерал имеет характерный цвет, на который ориентируются при диагностике, но примеси могут изменить внешний вид вещества;
• прожилки: выполняется царапанием образца на фарфоровой тарелке. Цвет полосы может помочь назвать минерал;
• твердость: устойчивость минерала к царапинам;
• схема разрушения: у минерала может быть трещина или расщепление, причем первый вариант — это разрыв неровных поверхностей, а второй — разрыв вдоль близко расположенных параллельных плоскостей;
• удельный вес: вес определенного объема минерала;
• шипение: требуется закапывать соляную кислоту в минерал, чтобы проверить на шипение;
• магнетизм: использование магнита для проверки на магнетизм;
• вкус: минералы могут иметь отличительный вкус, например, галит на вкус как поваренная соль;
• запах: у минералов может быть характерный запах. Например, сера пахнет тухлыми яйцами;

Окаменелости

Окаменелость

Окаменелость это результат процесса окаменения органического материала. Это окаменение вызвано процессом перминерализации и диагенеза. В результате органический материал со временем заменяется минералами. Хорошим примером окаменения является окаменелое дерево. При перминерализации исходная клеточная структура становится окаменелостью, при диагенезе клеточная структура тела теряется.

Любой организм, начиная от бактерий, заканчивая позвоночным, может стать окаменелостью. Благодаря такому явлению, геологи могут получить яркие свидетельства прошлой жизни на нашей планете. На основе раскопок и обнаруженных ископаемых, ученые смогли изучить формирование жизни на миллионы лет назад.

Рельеф

Рельеф

Рельеф это особенность земной поверхности, которая является частью местности. Горы, холмы, плато и равнины — это четыре основные формы рельефа. Незначительные же типы включают в себя долины, каньоны, долины и бассейны.

Движение тектонических плит под Землей может влиять и создавать новые формы рельефа местности, поднимая горы и создавая холмы. Эрозия, вызванная водой и ветром, может изнашивать землю и создавать такие рельефы, как долины и каньоны. Оба процесса происходят в течение длительного периода времени, иногда такие явления могут занимать миллионы лет.

Фактически, реке Колорадо потребовалось 6 миллионов лет, чтобы создать Большой Каньон в американском штате Аризона. Длина Большого каньона составляет 446 километров.

Самым высоким рельефом на Земле является гора: гора Эверест, которая находится в Непале. Она имеет высоту 8 850 метров над уровнем моря. Это часть Гималаев, которые находятся на территории несколько стран Азии.

Рельеф также проявляется и под водой в виде горных цепей и бассейнов на морском дне. Марианская впадина, самая глубокая форма рельфа на Земле, она находится в южной части Тихого океана.

Геологические процессы

Геологические процессы

Геологические процессы — это динамические процессы, воздействующие на формы рельефа и в целом на поверхность Земли. Основными геологическими процессами являются:

• выветривание;
• эрозия;
• тектоника плит.

Эти процессы могут в некоторых случаях быть разрушительными, а в других — конструктивными.

Эрозия

Эрозия в каньоне Антилоп, юго-запад США

Эрозия представляет из себя естественный процесс, который чаще всего происходит из-за того, что в одном месте горные породы и почва отслоились и переместились в другое. Такое явление может изнашивать и уничтожать горы, заполнять равнины, создавать и стирать с лица Земли реки. Но подобные процессы происходят в течение многих тысяч лет. Хотя стоит отметить, что эрозия может быть ускорена деятельностью человека, который своим действиями — земледелием или добычей полезных ископаемых — негативно влияет на окружающую среду.

Выветривание

«Арка» в штате Юта (США), пример механического выветривания

Выветривание — это процесс, который уничтожает существующий рельеф земли за счет влияния ветра и воды. Последствия выветривания приводят к разрушения верхних слоев горных пород. Некоторые из этих процессов являются механическими, например — расширение и сжатие, вызванные внезапными большими изменениями температуры, растягивающей силой замерзания воды в трещинах, расщеплением, вызванным корнями растений, и воздействием проточной воды. Так, дороги требуют постоянной починки осенью и весной, так как попавшая внутрь вода может просто разрушать асфальт — то же происходит и с горами.

Тектоника плит

Тектоника плит

Тектоника плит — это одна из теорий ученых относительно формы земного рельефа. Специалисты предполагают, что поверхность Земли состоит из 12 подвижных пластин. Некоторые из этих плит не соответствуют континентальным границам, а некоторые включают как территории континентов, так и океанов. Все они разных форм и размеров и находятся в постоянном движение и перемещаются от 1,3 до 10 сантиметров в год. Тектоническая активность происходит у границ плит, где они сталкиваются друг с другом, тем самым порождая землетрясения или создавая горы и холмы.

Существуют различные геологические процессы, которые являются крайне опасными для населения земли:

• извержения вулканов;
• цунами;
• изменения климата;
• наводнения;
• космические воздействия и тд.

Если же изучать такие явления и понять их природу, то можно защитить множество людей.

Геологическая история Земли

Геологическая история Земли

Геологическая история Земли — это эволюция континентов, океанов, атмосферы и биосферы. Слои горных пород на поверхности Земли содержат свидетельства эволюционных процессов, которые претерпевают эти компоненты земной среды. И отголоски каждого геологического процесса остаются храниться в безмерном хранилище информации — горных породах, которые словно учебник открыты для прочтения и подарят знания тому, кто сможет их прочесть. Благодаря усердию геологов, мы имеем довольно детальное представление об истории нашей родной планеты на миллионы лет назад.

Роль геологии

Как и любая другая наука, геология создана, чтобы делать новые открытия и узнавать намного больше об окружающем нас мире. Эта дисциплина рассматривает наиболее важные проблемы современного человечества — в том числе и поиски новых источников энергии, ее рациональное использование, изменение климата, опасные природные явления, влияние человека на окружающую среду, изменения окружающей среды на человека, управление водными и минеральными ресурсами.

Изучая эти вопросы, геологи вместе с другими учеными могут предвидеть будущее Земли и изучать любые изменения, которые могут произойти. Ключевым примером является анализ изменения климата и того, как общество должно измениться, чтобы улучшить будущее Земли. Переходя от ископаемого топлива к геотермальной энергии и другим возобновляемым источникам, мы можем сократить выбросы углерода и сильно уменьшить последствия глобального потепления.

Интересное видео о геологии

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Открытие, изучение и преобразование Земли – планеты солнечной системы.

Тема: Открытие, изучение и преобразование Земли – планеты солнечной системы.

Структура урока.

I. Мотивация к учебной деятельности.

«Рядом со входом в пещеру весело потрескивал костёр, и клубы дыма то и дело окутывали лица разместившихся вокруг огня детей. Четыре мальчика и две девочки семи-восьми лет, одетые в грубо выделанные шкуры, отворачиваясь и, вытирали ладошками слезящиеся глаза, но при этом очень внимательно слушали старика, сидящего перед ними на камне. А говорил он очень важные и интересные вещи.

Он рассказывал, что находится там, за их рекой и их лесом. Он рассказывал,что там далеко в темных углах пещер живут саблезубые тигры, что реки там так стремительны, что несут с собой камни и валуны, что растения та столь удивите льны и прекрасны, что трудно оторвать от них взгляд.»

Примерно так первобытные люди впервые начали накапливать знания о том, что их окружает. По мере развития человечества этих знаний становилось все больше и больше. Люди стремилась как можно глубже познать мир, который их окружал.

Постепенно возникли и стали развиваться науки, изучающие природу.

— Как называли природу в старину? (естество)

Поэтому науки о природе получили общее названиеестественные науки.

Астрономия («астрон» — звезда, «номос» — закон) — наука о небесных телах.

Физика («физис» — природа) — наука о явления природы.

Химия (происхождение неизвестно) — наука о веществах и их превращениях.

Биология(«биос» — жизнь, «логос» — наука, учение) — наука о живой природе.

Экология(«экос» — дом, «логос» — наука, учение) — наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей их средой, о взаимодействии человека и природы.

Геология («гео» — земля, «логос» — наука, учение) – наука о Земле, ее форме, строении, составе и развитии.

География («гео» — земля, «графо» — пишу) – «землеописание», наука о Земле.

II. Актуализация знаний.

— Каким образом накапливались знания о Земле? (путешествуя)

— Каких путешественников вы знаете?

III. Изучение нового материала.

Используя текст учебника, заполните таблицу.

Солнце и движущиеся вокруг него небесные тела составляют Солнечную систему.

Планеты делятся на две группы: планеты земной группы и планеты-гиганты.

Планеты земной группы намного меньше по размерам и самые близкие к Солнцу. Назовите их. (Меркурий, Венера, Земля, Марс)

Планеты-гиганты состоят из газов, в первую очередь из водорода, не имеют твердых поверхностей, удалены от Солнца. Перечислите их.(Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун)

Ни в одну группу не входит Плутон – карликовая планета. Плутон пока мало изучен, он был открыт только в 1930г.

Работа по рис. 4 стр. 8.

Какая планета Солнечной системы самая большая?(Юпитер)

Назовите общее количество планет. (8)

Назовите самую близкую к Солнцу планету. (Меркурий)

Какая планета имеет кольца? (Сатурн)

Назовите соседей Земли. (Венера, Марс)

Какая планета занимает третью орбиту? (Земля)

Что является центром Солнечной системы?(Солнце)

Земля подобно другим планетам движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называетсяорбитой. Орбита Земли – это эллипс.

Одновременно с движением вокруг Солнца Земля вращается вокруг своей оси (против часовой стрелки).Земная ось – это воображаемая прямая, проходящая через центр Земли.

Ось пересекает поверхность Земли в двух точках: Северном и Южном полюсах.

По поверхности Земли проходит экватор – воображаемая линия, равноудаленная от географических полюсов. Экватор делит Землю на Северное и Южное полушария.

Покажите на рис. 5 стр. 9 новые понятия.

Используя текст учебника (§ 2, п. 2, с. 9) и рис., объясните смену времен года.

IV. Первичное осмысление и закрепление изученного.

Работа с контурными картами. Нанесите на контурную карту маршруты путешествий Ф. Магеллана, Х. Колумба.

V. Итоги урока. Рефлексия.

— Какие примеры шарообразности Земли вам известны?

— Почему происходит смена дня и ночи, времен года?

— К чему приводит вращение Земли вокруг своей оси?

Домашнее задание.

§3,4; стр. 4-10. з.4.

Что такое планетарная наука? | Департамент космической и климатической физики UCL

Планетарная наука — это научное изучение планет и их планетных систем, включая луны, кольцевые системы, газовые облака и магнитосферы.

Планетарная наука — это научное изучение планет и их планетных систем, включая луны, кольцевые системы, газовые облака и магнитосферы. Это включает в себя понимание того, как формировались планетарные системы, как эти системы работают и как взаимодействуют все их компоненты. Это междисциплинарная область, включающая аспекты астрономии, науки об атмосфере, геологии, космической физики, биологии и химии.

На какие важные научные вопросы пытается ответить планетарная наука?

• Как образовалась Солнечная система?
• Какие условия для жизни?
• Как устроена Солнечная система?
• Как Солнце влияет на планеты и планетные системы?
• Как эволюционируют планетные системы?

Как ответить на эти вопросы?

Ученые-планетологи используют множество различных методов, связанных со многими отраслями науки, чтобы попытаться ответить на следующие вопросы:

• Используйте беспилотный космический корабль для измерения планет и их планетарных систем.
• Использование телескопов на земле или в космосе для наблюдения за далекими планетами, лунами и т. д.
• Выполнение экспериментальных работ в лабораториях или в других местах на Земле, которые воспроизводят различные планетарные среды.
• Заниматься теоретической работой, включающей математическую работу и построение моделей планетных систем или их компонентов с помощью компьютеров.

Пример: Открытие больших органических молекул в атмосфере Титана

Титан — самый большой спутник Сатурна и второй по величине спутник в Солнечной системе. Планетарные ученые MSSL использовали измерения, сделанные космическим кораблем «Кассини», когда он пролетал через верхние слои атмосферы Титана, чтобы обнаружить очень большие электрически заряженные органические молекулы в атмосфере Титана. Измерив их массу и приняв во внимание химический состав, необходимый для их создания, мы обнаружили, что они могут быть созданы сложными химическими процессами в атмосфере. Энергия для управления этим процессом исходит от солнечного света и от частиц в магнитосфере Сатурна, падающих дождем на атмосферу. Эти частицы медленно падают на поверхность Титана, становясь при этом нейтральными, и превращаются в тип тяжелой молекулы, известной как толин. Мы думаем, что они важны для происхождения жизни и, возможно, были важны в начале истории Земли. Так что в некотором смысле Титан подобен окну в прошлую историю Земли.

Почему эти вопросы важны?

Откуда взялась Солнечная система? Откуда взялась жизнь? Такого рода вопросы являются одними из самых глубоких, которые мы можем задать. Также важно изучать многие планетные системы, поскольку это говорит нам больше о нашей собственной планете Земля и помогает нам понять такие эффекты, как космическая погода и изменение климата.

5 способов изучения рождения планет (включая нашу собственную!)

Четверг, 7 мая 2020 г.&nbsp

Некоторые говорят, что нет ничего лучше, чем наблюдать за взрослением ребенка. А как насчет наблюдения за ростом планеты?

Глядя в туманность, такую ​​как изображенная выше туманность Ориона, все равно, что смотреть в окно детской. В этом потрясающем облаке космической пыли вы можете увидеть звезды и планеты на ранних стадиях их развития, их центры, заполненные термоядерным синтезом, завернуты во вращающиеся диски из газа и космической пыли. Именно эти «протопланетные» диски вокруг новорожденных звезд в конечном итоге конденсируются в планеты, вращающиеся вокруг звезд. Вуаля! Рождается Солнечная система!

Примечание редактора: Протопланетные диски встречаются не только в туманностях, но и являются отличным местом для их поиска.

Посмотрите на все эти молодые звезды и их протопланетные диски! НАСА/ЕКА и Л. Риччи (ESO)

Ученые из EPL и других организаций усердно работают над объяснением шагов, которые приводят каменистую планету, подобную нашей, во Вселенную. Точно так же, как одни и те же основные генетические и метаболические процессы происходят у всех людей, но приводят к огромному разнообразию внешности и предпочтений, одни и те же физические процессы, происходящие в дисках, приводят к разнообразию типов планет. Среди этих планет есть суперземли, непохожие ни на что в нашей Солнечной системе, планеты с сумасшедшими орбитами и по крайней мере один прекрасный третий камень от Солнца, поддерживающий жизнь.

Мы не можем наблюдать за ростом планеты в режиме реального времени. На это ушли бы миллионы, если не миллиарды лет, а у людей на хорошем счету всего около 100 лет. Вместо этого мы всматриваемся в космос и собираем головоломку из подсказок, которые наблюдаем в природе и проверяем в лаборатории.

Изучение формирования планет требует от ученых одновременного поиска и наблюдения множества развивающихся планет и звездных систем. Затем мы сравниваем и противопоставляем их. В этой статье мы поделимся пятью способами, которыми ученые из EPL изучают рождение и развитие планет.

Примечание редактора: это не полный список. Ссылки на еще больше исследований внизу!

1) Поиск дочерних планет путем изучения динамики протопланетного диска

Художественное представление протопланет, формирующихся вокруг молодой звезды, любезно предоставлено NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Для изучения различных фаз развития планет полезно уметь находить планеты! Поскольку первая планета, вращающаяся вокруг солнечной звезды за пределами нашей Солнечной системы, была подтверждена в 1995 Пола Батлера из EPL ученые обнаружили более 4000 «экзопланет», но лишь немногие из них все еще находятся в стадии становления.

Чтобы поймать планету, пока она еще растет, нужно найти ее, когда ей всего несколько миллионов лет. Для сравнения, нашей планете около 4,5 миллиардов лет.

В 2018 году исследовательская группа, в которую входил астроном Карнеги Джейхан Бэ, разработала новую методику поиска планет. Команда измерила угарный газ, который поглощает очень различную длину волны света от центральной звезды. Небольшие изменения длины волны указывают на изменение движения газа в протопланетном диске.

Уникальное движение газа, которое они обнаружили, является хорошим признаком того, что молодые планеты вращаются вокруг звезды! В этом случае они обнаружили две маленькие планеты размером с Юпитер, вращающиеся вокруг HD 163296, молодой звезды возрастом 4 миллиона лет, которая в два раза больше нашего Солнца в созвездии Стрельца.

В то время Джейхан Бэ заявил: «Заглядывая вперед, анализ движения материала в диске вокруг молодой звезды может помочь нам найти экзопланеты, пока они еще находятся на стадии своего формирования», — заключил Бэ. «Это действительно может помочь нам понять, как возникает архитектура планетарной системы, и, возможно, даже раскрыть тайны эволюции нашей собственной Солнечной системы».

2) Метеориты раскрывают тайны формирования Солнечной системы

Ледяное поле Ла-Паса 02342 показано здесь в тонком срезе в поляризованном свете, любезно предоставленном Карлесом Мояно-Камберо.

Кометы и астероиды представляют собой то, что осталось от формирования нашей Солнечной системы. По сути, это куски камня, льда и металла, которые не превратились в планеты, поэтому найти кусочек одного из них может быть все равно, что открыть капсулу времени той бурной стадии роста нашей Солнечной системы. К счастью, кусочки астероидов падают на Землю в виде метеоритов. Изучая их состав и минералогию, такие исследователи, как Ларри Ниттлер из Карнеги, могут раскрыть подробности формирования нашей Солнечной системы!

Например, метеорит Ла-Пас — это «углеродистый хондрит», обнаруженный на ледяном поле Ла-Пас в Антарктиде. Метеориты, подобные ЛаПа, вероятно, образовались где-то рядом с Юпитером. Между тем считается, что кометы и другие ледяные тела образовались далеко за пределами Нептуна.

Так что, когда Ниттлер обнаружил крошечную крупинку с тем же отпечатком пальца, что и у кометы, внутри ЛаПаза, это было похоже на обнаружение жука, застрявшего в янтаре, за исключением того, что жук — это история нашей Солнечной системы. Тот факт, что кусок кометы находился внутри этого метеорита, подтверждает идею о том, что материалы перемещались с внешних краев нашей Солнечной системы внутрь, пока формировались планеты, которые мы знаем и любим.

По словам Ниттлера, «Поскольку этот образец кометного строительного материала был проглочен астероидом и сохранился внутри этого метеорита, он был защищен от разрушительного воздействия атмосферы Земли», — пояснил Ниттлер. «Это дало нам возможность взглянуть на материал, который не выжил бы, чтобы достичь поверхности нашей планеты самостоятельно, помогая нам понять химию ранней Солнечной системы».

Примечание редактора: это упрощение метеоров, комет и астероидов. Вы можете узнать больше об этих трех объектах здесь.

3) Взгляд изнутри Земли в поисках подсказок к жизни на других планетах

Художественное представление поверхности экзопланеты Звезда Барнарда b любезно предоставлено ESO/M. Kornmesser 

Способность планеты вырасти для поддержания жизни зависит от что происходит под его поверхностью.

Анат Шахар, Питер Дрисколл, Алисия Вайнбергер и Джордж Коди из Университета Карнеги утверждают , что истинная картина планетарной обитаемости должна учитывать, как атмосфера планеты связана с тем, что происходит в ее недрах, и формирует ее.

На Земле тектоника плит имеет решающее значение для поддержания климата поверхности, в котором может процветать жизнь. По мере того как тектонические плиты движутся и взаимодействуют по поверхности нашей планеты, одни плиты погружаются под другие плиты. Погружение плит под поверхность планеты приводит к круговороту материалов между поверхностью Земли и недрами. Эта циркуляция является двигателем, который эффективно отводит тепло из недр Земли, что в конечном итоге приводит в действие магнитное поле Земли, создаваемое конвективными движениями во внешнем ядре Земли из расплавленного железа. Без магнитного поля Земля подвергалась бы бомбардировке солнечной и космической радиацией. Не годится для жизни на поверхности!

«Нам нужно лучше понять, как состав и внутреннее строение планеты влияют на ее обитаемость, начиная с Земли», — сказал Шахар. «Это можно использовать для поиска экзопланет и звездных систем, где могла бы процветать жизнь, признаки которой можно было бы обнаружить с помощью телескопов».

4) Создание мини-планет для проверки химического состава ядра

Изображение одного из экспериментов, описанных в статье Элардо и Шахара, на сканирующем электронном микроскопе, на котором виден яркий полусферический металл (представляющий ядро) рядом с серым, закаленный силикат (представляющий океан магмы). Кредит: Стивен Элардо.

Ученые не могут брать образцы ядер планет. Но они могут создавать мини-планеты в лаборатории для изучения химии железа при высоких давлениях!

За десятки миллионов лет формирования Земли ее ядро ​​образовалось в результате процесса, называемого дифференциацией, когда более плотные материалы, такие как железо, погружались внутрь к центру. Это сформировало слоистый состав, который мы знаем сегодня, с железным ядром и силикатной мантией и корой.

Одним из ключей к пониманию этого периода дифференциации Земли является изучение и сравнение изменений в распределении изотопов железа в образцах древних горных пород и минералов с Земли, Луны и других планет или планетарных тел. По сути, изотопы элемента имеют разное количество нейтронов. Чем больше нейтронов, тем тяжелее изотоп, чем атомный вес, который вы можете увидеть в периодической таблице. Наличие большего количества нейтронов также может изменить поведение элемента в химических реакциях, по крайней мере, очень незначительно. Таким образом, изотопный состав может действовать как отпечаток пальца для происхождения определенного материала.

Выдающейся загадкой была разница в соотношении изотопов железа, обнаруженная в лаве, образовавшейся в результате плавления верхней мантии Земли (спасибо вулканам!) и в образцах примитивных метеоритов, астероидов, Луны и Марса. Изотопный состав железа в лавах, образующихся в нашей мантии, в среднем тяжелее, чем на Луне и в других местах Солнечной системы. Если все в Солнечной системе началось с одного и того же протопланетного диска — а оно и произошло, — то изотопный состав железа должен выглядеть примерно одинаково от планеты к планете. Итак, почему изотопный состав железа на Земле отличается?

Используя современные инструменты высокого давления, Стивен Элардо и Анат Шахар из Карнеги смогли имитировать условия, обнаруженные глубоко внутри Земли и других планетарных тел, чтобы определить, почему отношения изотопов железа так сильно различаются.

Ученым удалось создать крошечные версии этих планетарных тел и подвергнуть их воздействию условий, в которых они, как считается, сформировались. Оказалось, что ответом было присутствие другого элемента: никеля.

В условиях образования Луны и Марса присутствие никеля заставляет мантию удерживать высокие концентрации более легких изотопов железа. Однако в более горячих условиях и при более высоком давлении процесса формирования ядра Земли этот эффект никеля исчезает. Это помогает объяснить, почему лавы с Земли обычно содержат более тяжелые изотопы железа, чем другие планетарные тела.

5) Природа против воспитания в первой земной коре

Рик Карлсон сидит на коре возрастом 4,28 миллиарда лет на берегу Гудзонова залива. Фото Джонатана О’Нила .

Сегодня Земле около 4,5 миллиардов лет, но когда-то наша планета была молодой — всего несколько миллионов лет. В то время поверхность Земли, вероятно, представляла собой кипящий магматический океан. Вначале плотные железо и никель планеты погрузились в ее недра, сформировав ядро. И по мере того, как поверхность планеты охлаждалась, выделяя тепло в космическое пространство, кусочки магмы начали затвердевать, и кора нашей планеты начала формироваться, плавая поверх магмы.

Нечто подобное, вероятно, произошло на большинстве земных миров нашей Солнечной системы, включая нашу Луну, которая, вероятно, образовалась после столкновения с Землей на поздних стадиях ее развития. Но есть одно огромное отличие. Лунная кора состоит преимущественно из одного минерала, а возраст большей части лунной коры превышает 4,3 миллиарда лет. Только большие ударные кратеры на Луне заполнены более молодыми потоками лавы. Причина, по которой в лунной коре преобладает один минерал, называемый плагиоклазовым полевым шпатом, заключается в том, что плагиоклаз менее плотный, чем магма, из которой он кристаллизуется, поэтому, кристаллизовавшись, плагиоклаз всплыл на вершину магматического океана по той же причине, по которой плавает лед. на воде.

Земная кора, напротив, состоит из нескольких различных типов горных пород и уникально среди скалистых планет характеризуется наличием двух типов коры: богатой магнием коры океанских бассейнов и богатой кремнеземом (например, гранита) коры. континентов. Кора очень молодая, по крайней мере, по сравнению с лунной. Возраст трех четвертей земной коры, находящейся под океанами, составляет 200 миллионов лет или меньше. Только несколько очень небольших участков континентальной коры имеют возраст более 3,8 миллиарда лет. Это ставит интересную задачу перед Риком Карлсоном, директором Лаборатории Земли и планет, который ищет самые старые горные породы Земли, чтобы понять природу первой коры нашей планеты.

Господствующая теория, которую опровергает исследование Карлсона, предполагает, что Земля, вероятно, сформировала статическую кору, как и наши земные соседи. Затем что-то произошло, что заставило его превратиться в уникальную, динамичную планету, которую мы имеем сейчас.

Поскольку он не может получить образец первой земной коры, Карлсон исследовал эту идею, используя новую форму радиометрического датирования. В отличие от традиционного радиометрического датирования, в котором используются долгоживущие радиоактивные изотопы, такие как уран, этот новый метод использует короткоживущие радиоактивные изотопы, такие как самарий и вольфрам, для изучения природы земной коры, существовавшей в первые 50-500 миллионов лет истории Земли.

То, что он обнаружил, было удивительным. Основываясь на изотопных характеристиках продуктов распада этих элементов в некоторых из древнейших горных пород Земли, Карлсон определил, что первая земная кора, вероятно, была тем же типом коры, который мы имеем сейчас в океанских бассейнах, — породой, называемой базальтом, подобной той, что изверглась в Гавайи.

Карлсон объяснил: «Если подумать об океане магмы на Луне, формирующем кору, то это, по сути, разовое событие. Земля также должна была сформировать какой-то тип ранней коры, образцов которой у нас нет, но, похоже, она сразу же избавилась от нее в результате субдукции коры, как это происходит сегодня в результате тектоники плит. Помещение богатой водой базальтовой коры при высоких температурах недр Земли вызывает ее плавление, и эти расплавы по составу аналогичны богатым кремнеземом породам, характерным для континентальной коры. Гранитные породы обладают достаточной плавучестью, чтобы сохраняться на поверхности Земли в течение миллиардов лет, поэтому мы все еще можем найти остатки этой небольшой части старой коры, самая старая из обнаруженных на данный момент датируется 4,37 миллиардами лет.

Карлсон пришел к выводу: «Земля производила и перерабатывала кору в основном одинаково на протяжении всей своей истории и остается геологически активной, вероятно, из-за двустороннего обмена материалом между поверхностью и недрами».