XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Внешний облик Земли. Ее портрет вчера, сегодня, завтра
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Проблема исследования:
На протяжении существования человечества происходят катастрофические явления, такие как землетрясения. Вот и 6.02.23 в Сирии и Турции произошли толчки земли магнитудой 7,8 баллов, унёсших десятки тысяч людей. Люди считают, что виной всему их греховность, может ли она влиять на события в мировом масштабе? А может все же есть научное объяснение этому явлению. Мы решили провести контент-анализ информационных источников этого явления. Ответить на вопросы: Что такое землетрясения? Почему происходят землетрясения? Можно ли их спрогнозировать? Какие события провоцируют это явление? Как землетрясения связаны с происхождением и изменением облика планеты? Что этому способствует? Что такое литосферные плиты? Как они движутся? Каков облик планеты – в прошлом, в настоящем и будущем? Какие существуют теории (гипотезы) формирования ее облика? Возможны ли глобальные последствия изменения рельефа, полезных ископаемых, климата, флоры и фауны планеты?На эти вопросы нам предстоит найти ответы, чтобы понять, как живет наша планета, ведь она есть целый организм, который существует в нашей галактике
Цель исследования: найти научное теоретическое объяснение происхождения землетрясений, как это явление способствует формированию внешнего облика планеты. Смоделировать будущий портрет планеты.
Задачи исследования:
Найти и проанализировать информационные источники по данной теме
Структурировать выбранный информационный материал по плану
Сформулировать основные постулаты-выводы формирования лика планеты.
Методы исследования: Контент-анализ, прогнозирование, моделирование
Внешний облик Земли. Ее портрет вчера, сегодня, завтра
Что такое землетрясения?
Землетрясение - это сотрясение поверхности Земли в результате внезапного выброса энергии в литосфере твердой оболочке планеты, создающего сейсмические волны. Землетрясения могут варьироваться от столько слабых, которые невозможно почувствовать, до достаточно сильных толчков, чтобы разрушить сильные города. Землетрясения могут вызвать и смещения грунта. Когда эпицентр сильного землетрясения находится в море. Морское дно может сместиться достаточно, чтобы вызвать волны цунами. Землетрясения могут вызывать оползни, а иногда и вулканическую активность.Наша планета каждые 26 секунд, с точностью метром выдает загадочный импульс известный под названием как Микросейсм. [1]
Что же вызывает землетрясение и где они происходят чаще всего?
Чтобы понять данный процесс надо знать внутреннее строение Земли, которое состоит из ядра, мантии и земной коры (материковой 35-70 км и океанической 5-10 км). Земная кора очень тонкая, поэтому эндогенные силы легко разрывают ее на куски -литосферные плиты, они как пазл покрывают поверхность нашей планеты. Границы плит состоят из множества разломов. Землетрясения регистрируются сейсмографами, запись, которых они пишут называют сейсмограммами. Обычно выделяют глубину очага, магнитуду (0-9 баллов), расстояние от эпицентра, силу разрушений измеряют в баллах (от 0 до 12 б). В сейсмической зоне тщательно продумывают строительство мостов, платин, высотных зданий.
Методы, с помощью которых можно узнать внутреннее строение земли, это геологические (бурение 12 тыс. км), геофизические (сейсмология), ксенолиты (глубинные мантийные изверженные породы), лабораторные эксперименты, изучение космических тел (метеориты).
Строение Земли - это модель, которая имеет слоистое строение. Нас интересует верхняя ее часть - литосфера, среда нашего обитания.
Литосфера состоит из верхней части мантии и земной коры. Это твердые в кристаллическом состоянии породы. Граница между мантией и земной корой есть астеносфера, пластичный слой, где плавятся горные породы при очень высоких температурах.
Мы имеем связь с геологическим временем, где секунда – это миллион лет. Рассматривая все перемещения и деформации в геологии, мы имеем связь с понятием геологического времени. Если взять кусок стали, то за сотни лет, оно не изменится, а если через миллионы лет, то мы увидим, что оно деформировано, верхние слои давят на нижние, меняя его твердость.
На земле есть океаны и континенты, на них мы видим огромные горные пояса, глубоководные желоба, действующие и потухшие вулканы, островные дуги - все это свидельствует об интенсивной тектонической и магматической жизни земли. [1]
Из истории формирования мироздания Земли. Как происходит деформация земной коры на Земле? [5]
Мы обратимся к теории литосферных плит. Еще издревле в эпоху античного времени Гераклит утверждал, что в основе мироздания –лежит огонь, Фалес же говорил, что в основе мироздания –лежит вода. Сложилась концепция «Плутонизма», оба ученых того времени в какой-то мере были правы. Они пытались объяснить, почему происходят катастрофические явления, но тогда мало, что могло способствовать объяснению научной логике.
Эта мысль дала продолжение в различных гипотезах, которые возникали в средние XVII- XVIII веках. «Образование Мирового Океана за счет сгущения водяных паров» - Р. Декарта, «Гипотеза поднятий и впадин»-Ломоносова М.В.
В XX веке – получило направление в геологии «фиксизм» - все океаны имеют один и тот же возраст, все идет только по вертикальным движениям. Возникала гипотеза «расширяющейся земли», допускающая, что положение и относительное движение материков в основном вызвано увеличением объёма планеты. Возникло и «учение о геосинклиналях»-объяснявшая тектонические процессы в истории Земли цикличными колебательными движениями земной коры, которые обнаруживали себя в появлении складчатых областей — синклиналей, это прогибы в земной коре, такие как Тихоокеанское огненное кольцо, Альпийско - Гималайский складчатый пояс. До середины XX века вся геология основывалась на изучении континентов.
Теория «Тектоники литосферных плит» пришла в начале XX века. Альфред Вегенер [2]–немецкий ученый геофизик, предположил, что материки 200 млн. лет назад были вместе и составляли единый суперконтинент Пангею, который раскололся на северную Лавразию и южную Гондвану. Между ними образовался океан Тетис. Альфред Вегенер обобщил стратиграфические данные, он показал, что это действительно так. Но ученые не сразу приняли эту мысль, и она было предана забвению на несколько десятилетий, новый импульс она получила только после ВОВ благодаря 3 факторам. [4,6]
Первый фактор. Были установлены: что существует астеносфера, Земля имеет слоистое строение. Планета живет активной тектонической жизнью. Второй фактор. Исследованию способствовали аэро-фотокосмические снимки, которые позволяли охватить огромную территорию, увидеть закономерности разломов хребтов, их структур.
Третий фактор. Это исследование океанов. Это был революционный метод, когда делили весь мир после ВОВ, осталась неразделенной Антарктида. Стали организовываться экспедиции ВМФ СССР и США, других стран. Работали вместе все ученые, но нужно было расставить приоритеты. Советские ученые исследовали Атлантический океан, море Уэдделла. Другой путь исследования шел через Красное море, далее изучен был восточный район Антарктиды, американцы изучали западную ее часть. Был открыт разлом Восточно-океанское поднятие; выяснено, что дно океана — это не ровная поверхность, а здесь множество хребтов, глубоководных разломов, глубинных желобов; обнаружены - глубочайшая Марианская впадина, вулканические зоны в виде Гавайских островов, швы глубинных разломов.
Ученые выяснили, что океаны живут активной тектонической и магматической жизнью, это не ровное дно, засыпанное тектоническими осадками, как считали ранее. Был обнаружен еще один фактор, что дно океана гораздо моложе, чем породы континентов, если древние породы 3, 5 млрд. лет, то самые древние породы дна океана относят к возрасту 170 млн. лет- юрский период. Старше океанической коры нет. Это значит, что океаны появились 170 млн. лет назад или океаны все же могут появляться и исчезать. Закономерность состоит в том, что возраст горных пород дна океана увеличивается к континентальным окраинам. Через все океаны проходят срединно-океанические хребты, длиной в 70000 км. – это рифтовый разлом. Все это обнаружено было в 1957-1958 геофизическом году. Было понятно, что океан мало исследован, нужны совместные исследования. А 2/3 Земли- это океан. Возвращаются к теории Альфреда Вегенера «дрейфе материков и океанов». Как объяснить эрогенез дна океанов, что материки отходят от рифтовой зоны, что в разломе изливается новое мантийное вещество, образующего дно современных океанов. Была создана карта сейсмической активности, показаны районы, где происходят землетрясения и моретрясения. [10]
Землетрясения фиксируют (координаты, глубина, магнитуда, очаг).
98% землетрясений узкие вытянутые зоны, совпадающие с рельефом –горами, глубокими желобами, которые отражают напряженное состояние литосферы. Ученые перешли от гипотезы «дрейфа материков и океанов» к теории «Тектонике литосферных плит» (рис. №1), которые включают континентальную и океаническую земную кору. Плиты движутся относительно друг друга со скоростью от 0 до 18 см в год. С точки зрения геологического времени в млн. лет (100 км). Существуют три типа границ плит. Во- первых, когда плиты расходятся, плита трещит появляются рифты (Пример: Байкальский рифт, Восточно-Африканский рифт)- на поверхности образуется плоскогорье, появляются вулканы. Расплавленный базальт поднимается по трещине, образуя трапповое плато, происходит стадия раскола континента. Растягиваясь дальше мы получим Красное море (молодой океан), глубинные породы выходят на поверхность, кристаллизируются, так рождается дно молодого океана, если дальше будет растягиваться, то получится зрелый океан, такой как Атлантический океан, который имеет возраст 160 млн. лет. Во-вторых, там, где происходит поглощение - океаническая кора погружается под континентальную - такой процесс называется – субдукцией, погружается до 600-700 км. Океаническая плита начинает плавиться, там, где выходят пузырьки, образуются островки вулканов- Курильские, Гавайские. Столкновение двух континентальных блоков - коллизия (столкновение континентальных плит, которое всегда приводит к смятию коры и образованию горных цепей). Начинается деформация краев, они сжимаются, сминаются в складки. Так создается горный эрогенный складчатый пояс. (Например: Альпийско-гималайский пояс) Рождаются вулканы (Например: Эльбрус, Казбек на Кавказе). В районе Средиземного моря происходит процесс коллизии, сжатие двух крупных Евразийской и Африканской плит. В-третьих, сдвиг (трансформные разломы). Например: Сан-андреас, Левантийский зоны. Цикл Вилсона (формирование и исчезновение океанов, обусловленный тектоническими движениями литосферных плит), обусловленный развитием литосферы. [3]
рис. №1
Почему произошло землетрясение в Турции и Сирии? [8]
Двигаясь слева. Турецкая мини-плита находится меду Евразийской и Австралийской, в результате чего, та таранит Эгейскую плиту. Она разворачивается по часовой стрелке и в ее тылу создается условие для растяжения. Со дна Эгейского моря дивергируют молодые базальты в срединно-океанических хребтах. Микро - плиты могут двигаться как угодно, на фоне общих конвергентных коллизионных движений, нет синхронности коллизий. Альпийско-Гималайский пояс - современная зона коллизий, когда 35 млн. лет назад произошло столкновение плит Индостанской с Евразийской. В западной части остались куски океанической земной коры Тетис, они есть в Средиземном, Черном, Каспийском морях. Это переходной процесс субдукции в коллизию. В Крыму образовались куэсты –это медленное движение остатков черноморской литосферы под крымский полуостров. Средиземное море - это остатки древнего океана Тетис. В будущем произойдет закрытие моря, что приведет к дополнительному формированию Альпийско-Гималайского складчатого пояса.
Можно ли предвидеть землетрясение?
Системы достоверного, эффективного прогноза для эвакуации людей нет. Существует долгосрочное, среднесрочное, краткосрочное прогнозирование. Краткосрочное предвидеть нельзя. Извержение вулкана можно предвидеть, за ним нужно проводить наблюдение.
Кинематика литосферных плит. [9]
На основе теоремы Эйлера, как любое твердое тело по поверхности относительно полюса есть вращение, проходящего через центр земли. Любое перемещение твердого тела по сфере есть вращение. Литосферные плиты жестки только за период 1-3 млн. лет, тогда это допущение вероятно. И мы можем считать мгновенную кинематику литосферных плит. Появляется наука «геодинамика» (раздел геологии, изучающий природу глубинных сил и процессов, возникающих в результате планетарной эволюции Земли), которая определяет геологическую структуру и рельеф земли.
Прогноз формирования облика прошлого, настоящего планеты
Мы должны подсчитать, оценить и предсказать. Если мы знаем движение литосферных плит, можем ли мы узнать, как это было в прошлом и как это будет в будущем, хотя бы на время до 180 млн. лет- время жизни океана (рис. №2). Провести анализ фаций, формаций, когда, что было, что происходило. Спрогнозировать будущее. Все в мире циклично. Соединение и распад материков было 5 раз с интервалом в 700 млн. лет. Это и есть система, которая управляет цикличностью. Вопрос, почему это движется. Смотрим томографию земли. Мантия не однородна, есть градиент, это поток по теплу и по плотности. Мантия перемещается, существует химико-плотностная дифференциация мантийного вещества, это приводит к движению в мантии –конвекции. Тяжелое опускается вниз, легкое поднимается вверх. Это привело к тому, что обособилось ядро. Появляются новые гипотезы. Будет изучаться новая термодинамика земли. Движения разные, на границах концентрация напряжения велика. Спрогнозировав будущее планеты, мы увидим, что материки объединятся в единый материк, потом опять произойдет его распад. И так это происходит каждые 700 млн лет.
. рис. №2
Прогноз очертания материков в будущем [7]
1. Новопангея. Если предположить, что нынешние тенденции не изменятся и Атлантический продолжит открываться, закрывая тем самым Тихий, то возникнет сценарий, когда следующий суперконтинент будет полным антиподом Пангеи. Америка столкнется с дрейфующей Антарктидой, а затем с уже единой Африко-Евразией (рис. №3).
рис. №3
2. Пангея Ультима. Однако открытие Атлантики может замедлиться и даже пойти в обратном направлении. Две зоны субдукции Атлантического океана могут потенциально распространиться по всем восточным побережьям Америки, что приведет к воссозданию подобия Пангеи в виде единой Северной и Южной Америки, Европы и Африки и образованию нового суперконтинента, окруженного большим Тихим океаном (рис. №4).
рис. №4
3. Аурика. Если в Атлантическом океане появятся новые зоны субдукции — что вполне может произойти, — то Тихий и Атлантический океаны будут обречены на уменьшение. Это означает, что может образоваться новый океанский бассейн. В этом сценарии Паназиатский раскол, сегодня проходящий через Азию с запада Индии до Арктики, создаст новый океан. В результате образуется суперконтинент Аурика. Из-за нынешнего дрейфа Австралии в направлении севера он будет находиться в центре нового континента, так как Восточная Азия и Северная Америка закроют Тихоокеанский регион с обеих сторон. Затем европейские и африканские плиты воссоединятся с Америкой, закрыв Атлантику.
4. Амазия. Четвертый сценарий предсказывает совершенно другую судьбу Земле. Сейчас некоторые тектонические плиты перемещаются на север, включая Африку и Австралию. Считается, что этот дрейф вызван аномалиями, оставленными Пангеей в мантии Земли. Из-за этого северного дрейфа можно предусмотреть сценарий, где континенты, за исключением Антарктиды, продолжают дрейфовать на север. Следовательно, в итоге они соберутся вокруг Северного полюса в суперконтиненте под названием Амазия. В этом сценарии как Атлантика, так и Тихий океан останутся открытыми (рис. №5).
рис. №5
Из этих четырех сценариев наиболее вероятным специалисты считают вариант Новопангеи. Это следует логике движения нынешних континентов — остальные три сценария предполагают внезапное появление совершенно иных процессов.
Тектоника плит и полезные ископаемые [1]
Геологи рудные по происхождению горные породы ищут в щитах древних платформ и горных областях, не рудные в осадочном чехле платформ.
В 1970-е годы американцы нашли нефть в Скалистых горах США. Советские геологи нашли в отрогах Тянь-Шаня, Ферганской долине – бурят кристаллический фундамент, а в нем углеводородный бассейн. Американцы закупили горные пояса Турции и Чили. Северный Ледовитый океан хр. Ломоносова- продолжение шельфа. Споры. Потенциал получения углеводородов. полиметаллические гидротермальные сульфидные руды- излияние магмы на поверхность, кристаллизируется.
Глобальные изменения, связанные в природной среде и тектоникой литосферных плит. [4]
Проблемы человека связаны со средой его обитания. Геоэкология – это наука взаимодействия человека с окружающей средой. Природная катастрофа - это сильное, быстро отрицательное воздействие природных явлений или их сочетаний на жизнедеятельность людей в определённой социально-экономической ситуации, которая в значительной мере определяет масштаб катастрофы и его последствия. Геоэкологическая обстановка существования человека складывается из фоновых природных условий, к которым люди приспосабливаются, адаптируются. Изменения могут быть как естественной эволюцией природной среды, так антропогенной. А часто комбинаций того и другого.
Эндогенные факторы –опасные природные процессы, когда происходит столкновение материков и как следствие образование горных поясов, если наоборот разбежались, то это как следствие рифтогенеза. Изменения положений материков могут привести к изменению к образованию новых течений (течение Западных ветров), новых оледенений, климата, природных зон, флоры и фауны. Изменения в природе есть постепенные, медленные, а есть катастрофические. Природная катастрофа в определенной социально-экономической ситуации- сильное отрицательное воздействие природных явлений или их сочетаний на жизнедеятельность людей, которая в значительной мере определяет масштаб катастрофы и ее последствия. Изменение течений приведет к изменению климата.
Постулаты-выводы формирования и изменения лика планеты
В верхней части земли выделяются две оболочки, различающиеся по своим геологическим свойствам жесткая и хрупкая-литосфера, и более пластичная и подвижная астеносфера;
Литосфера разделена на ограниченное число литосферных плит. Границы которых выделяются по рельефу, повышенной сейсмичности и магматизму;
Существует три вида перемещения плит: 1) дивергентные границы (раздвижение) и спрединг. 2) Конвергентные (сжатие, субдукция и коллизия) 3) трансформные(сдвиг)
Горизонтальные движения литосферных плит могут быть описаны законами сферической геометрии-теоремой Эйлера.
Площадь поглощаемой в зонах субдукции океанской земной коры соответствует площади коры, рождаемой в зоне спрединга
Причина перемещения литосферных плит –химико-плотностная и тепловая конвекция мантии Земли. Внутри плитные напряжения.
Предсказать землетрясение нельзя
Рудные по происхождению горные породы ищут в щитах древних платформ и горных областях, не рудные в осадочном чехле платформ и даже в складчатых областях
Изменения положений материков могут привести к изменению к образованию новых течений, новых оледенений, климата, природных зон, флоры и фауны.
Список использованных источников
Книги:
Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. — М: Высшая школа, 2000, с.293
Альфред Вегенер. Происхождение континентов и океанов. — Ленинград: «Наука», 1984г., с.285
Хал Хеллман. Великие противостояния в науке. Десять самых захватывающих диспутов - Глава 8. Вегенер против всех: Континентальный дрейф — М.: «Диалектика», 2007. — С. 320.
Интернет-источники:
https://science.fandom.com/ru/wiki/Тектоника_плит
http://ocean.phys.msu.ru/courses/geo/lib/books
https://ru.wikipedia.org/wiki/Тектоника_плит
https://naked-science.ru/article/sci/uchenye-predskazali-neskolko-variantov
https://hi-news.ru/eto-interesno/litosfernye-plity-v-turcii-sdvinulis-na-3-metra-chto-eto-znachit-i-chem-grozit.html
https://studfile.net/preview/5465137/
Карты:
Атлас. География. Материки, океаны, народы и страны. — М.: «Вентана-Граф», 2022