XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Географические события на планете Земля, затрагивающие проблему исчезновения древнего леса карбонового периода палеозойской эры

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Решетников И.А. 1

---

1МОУ Школа№1 г. Черемхово

Кашапова Р.Б. 1

---

1МОУ Школа №1 г.Черемхово

Работа в формате PDF

320.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

И горные породы, и минералы формируются в ходе геологических процессов.  Минералы состоят из химических элементов или соединений, и, как правило, они классифицируются по химической структуре и физическим свойствам.

Горные породы – это совокупность различных минералов, которые поодиночке почти не встречаются. Состав, строение и порядок их залегания зависят от геологических процессов на поверхности или внутри земной коры. Самая часто встречающаяся порода гранит включает минералы кварца, полевого шпата и слюды, которые спаяны друг с другом. Есть три разновидности горных пород – магматические, осадочные и метаморфические.
Давление и повышенная температура изменяют магматические и осадочные горные породы: из рассыпчатых известняков формируется мрамор, который отличается высокой прочностью и плотностью, из глины – глинистые сланцы, из гранитов – гнейсы. Подобные горные породы носят название метаморфических (с греч. metamorphosis – «преобразование»).

Магматические горные породы формируются следующим образом. К поверхности Земли поднимается магма, которая начинает медленно застывать. Это приводит к тому, что внутри земной коры появляются интрузивные горные породы – габбро, диориты, гранит. В их составе есть большие кристаллы, поэтому структура таких пород – зернистая. Когда происходит извержение магмы на поверхность Земли в виде лавы, то появляются вулканические горные породы. Их другое название – эффузивные. Они включают обсидиан, базальт. Состав таких горных пород содержит мельчайшие кристаллы. Большие кристаллы отсутствуют, так как лава быстро остывает, и у них нет времени на формирование.

Другой порядок образования наблюдается у осадочных горных пород. На поверхности Земли накапливаются толщи осадков, а также продукты разрушения остальных горных пород. Ледники, ветер и вода уносят глину, песок, гальку, щебень. В виде обломков они накапливаются на другом месте, которое нередко находится в сотнях или даже тысячах км от предыдущего. Это обломочные горные породы. Также существуют и химические осадочные горные породы, которые формируются, когда растворы минеральных веществ начинают испаряться. К этой категории причисляется поваренная соль: она формирует крупнейшие залежи на дне водоемов с соленой водой, которые начинают высыхать. Выделяются и органические осадочные горные породы. Основой их формирования выступают различные остатки представителей растительного и животного мира. Особенно активно органические горные породы формируются в теплых озерах и морях, на мелководье, где обычно кишит подводная жизнь. На дне таких водоемов за миллионы лет накапливались огромные отложения диатомита, мела и известняка. Что касается поверхности суши, то со временем из остатков растений появлялись торф, горючие сланцы и угли. Нередко в органических горных породах ученые обнаруживают окаменевшие остатки животных, которые вымерли сотни и тысячи лет назад. Также в таких породах часто находят и отпечатки растений, которые произрастали на планете в глубокой древности.

Всматриваясь в географическую карту «Минеральные ресурсы мира» и таблицу №1 «Мировые запасы каменного угля»меня заинтересовало то, что горная порода - каменный уголь имеетопределенное местоположение. Этот ресурс распространен очень широко, онвстречается даже за полярным кругом (Печорский угольный бассейн). Значиткогда-то на Земле был теплый и влажный климат. Росли рододендроны, магнолии, хвощи, плауны. Они представляли собой древний влажный высокий лес. Отжившие свой век деревья падали вводу и без доступа кислорода, деревья окаменевали и превращались к каменный уголь, твердую горную породу. Передо мной возник вопрос. Какие географические события привели к гибели природного комплекса древнего леса? Почему изменились климатические условия Земли?

Мировые запасы каменного угля

(данные приведены за 2019)

табл.1

Цель исследования: Выяснить, какие историко-географические события способствовали гибелиприродного комплекса древнего леса карбонового периода.

Объект исследования: Планета Земля

Предмет исследования: историко-географические события гибели природного комплекса древнего леса и как последствия формирование каменного угля в толще земной коре

Методы исследования: контент-анализ, сравнение.

Гипотеза исследования: историко-географические события карбонового периода способствовали гибели древнего леса и образованию осадочной горной породы, как каменный уголь

Задачи исследования:

• Найти и проанализировать информационные источники по данной теме;

• Структурировать найденный материал по плану;

• Сформулировать основные постулаты-выводы, характеризующие события на земле, вызвавшие гибель природного комплекса древнего леса карбонового периода, которые способствовали образованию осадочной горной породы каменного угля.

2. Древний лес карбонового периода.

Анализ источников на географические события (3,7 – 4 млрд. лет назад)

Что такое природный комплекс? Компоненты его составляющие

2.1 Что такое природный комплекс?

Природный комплекс — это система взаимосвязанных компонентов природы на конкретной территории. Для природных комплексов характерны своя структура природных компонентов и свой индивидуальный внешний вид. При изменении одного компонента природного комплекса происходят изменения во всех компонентах.

2.2 Компоненты природного комплекса (См. схему№1)

Схема №1

2.3 Климат каменноугольного периода

Глобальный климат каменноугольного периода был тесно связан с его географией. В течение предшествующего девонского периода северный суперконтинент Лавразия была соединена с южным суперконтинентом Гондваной, создав огромный сверхконтинент Пангею, который занимал большую часть южного полушария в течение карбона.

Каменноугольный период характеризовался климатом, близким к тропическому. Тогда было более тепло и влажно, чем сегодня. Времена года, если они даже и сменялись, их нельзя было визуально разделить друг от друга. Ученые определили это, изучив окаменелые останки растений того периода и поняли, что у них отсутствуют кольца роста, что говорит об очень мягкой смене сезонов. Исследователи поняли, что климат был практически однородным. Теплые морские воды часто затопляли сушу, и многие растения оказывались под водой и превращались в торф после того, как они завершили свой жизненный цикл. Этот торф со временем превратится в уголь, интенсивно используемый человеком в наше время (см. рис.1). [6]

Древний лес

.

Рис.1

2.4 Флора и фауна каменноугольного периода

На протяжении почти всего периода, климат был очень теплым и влажным, что благоприятно сказалось как раз-таки на буйном развитии лесов. На суше обитали липидодендральцы, или массивные деревья, многие из этих видов выростали примерно до 1,5 метров в диаметре и около 30 метров в высоту. Другие растения, которые существовали в это время, называют конными хвостами, а также клубные мхи, скремблирующие растения, цикады и семенные папоротники.

В целом карбон характеризуется процветанием многих групп организмов, таких как, фораминиферы — фузулиниды, кораллы — табулятоидеи, хететиды и ругозы (четырёхлучевые), среди моллюсков — гастроподы, наутилоидеи со спиральной раковиной, аммоноидеи (гониатиты), мшанки, замковые брахиоподы — продуктиды и спирефириды, морские лилии и древние морские ежи, также расцвет испытывают земноводные (стегоцефалы), членистоногие (в особенности насекомые) и высшие растения (плауны и хвощи). В морях царили разнообразные хрящевые рыбы (акулы и брадиодонты). Некоторые акулы (например, камподусы) могли достигать длины до 13 метров. Сохранялись пресноводные кистеперые, в том числе и рипидистии. Обитавшие в болотах рипидистии-ризодонты были высшими хищниками. Ризод, например, достигал 8 метров в длину и был самым страшным хищником пресных вод. [10]

2.5 Уголь-осадочная горная порода [11]

Уголь – это ископаемое топливо, образовавшееся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Угольная масса формируется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом и обогащенная органическими кислотами, препятствует жизнедеятельности бактерий разрушающих погибшие растения. Так возникает торф – исходный материал для образования угля. Если затем происходит его захоронение под наносами, то торфяная масса под воздействием давления и температуры, теряя воду и газы, преобразуется в угольные пласты. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 400 млн. лет назад), накапливалось органическое вещество, из которого формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений каменного угля относится к этому периоду, хотя известны и более молодые месторождения.

На первой стадии процесса углеобразования торф превращается в бурый уголь с содержанием углерода 65-70 % (масс.). Углерод в углях находится в составе различных органических соединений, часть из которых при нагревании переходит в состав летучих веществ (летучий углерод), а часть остаётся в коксовом остатке (нелетучий углерод). Здесь и далее, если прямо не указано, о каком углероде идёт речь, имеется в виду их сумма (общий углерод).

Бурый уголь залегает на глубине примерно 1 км и содержит до 43 % (масс.) влаги и до 50 % (масс.) летучих веществ. При дальнейшем опускании на глубину до 3 км, из бурого угля образуется каменный уголь. Угли, которые к нашему времени стали каменными, начали образовываться в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 млн. лет назад из остатков древовидных папоротников, хвощей и плаунов, произраставших в то время в огромных количествах, а также первых голосеменных растений. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 до 95 % (масс.), они содержат до 12 % (масс.) влаги и до 32 % (масс.) летучих веществ.

Самый древний из ископаемых углей – антрацит – образуется из каменного угля при дальнейшем повышении температуры и давления на глубине до 6 км. Он содержит около 95 % (масс.) углерода, и имеет наиболее высокую степень «углефикации». [7]

Маловероятно, что при современном расположении материков, на земле был однотипный тропический климат. Следовательно, можно предположить, что все материки были объединены в один суперконтинент. Так ли это?

2.6 Анализ источников на географические события (3,7 – 4 млрд. лет назад)

Географическиесобытия -1. [1, 3, 6, 8]

Раньше (3,7 – 4 млрд.лет назад) у нашей планеты был не один спутник, а целых три. Месяц, Фатта, Леля. Т.к. в космосе планеты движутся, то один из спутников сталкивается с другой планетой и прекращает своё существование раздробившись, из-за столкновения, на огромные части неправильной формы. Эти остатки падают на землю и образуют первые острова. (На нашей планете суши не было, а была только вода). Так у Земли стало два спутника. Затем один из двух оставшихся спутников, в результате столкновения с другим космическим телом, испытывает превышение своей критической силы притяжения к Земле, нарушается баланс сил, удерживающих её на околоземной орбите, в результате чего и происходит падение спутника на Землю. Падение происходит по касательной траектории, что спасает нашу планету от полного уничтожения. Удар сопровождается гиганской катастрофой, земная кора претерпевает расколы по поясам. Возникшие между расколами тектонические плиты под действием внутренних напряжений земной коры не способны вернуться в прежнее положение, поэтому наползают друг на друга. Формируется новый рельеф поверхности Земли с образованием суши и тектонических плит. Так возникает единый суперматерик Пангея [3]

2.6.1. Климат на суперконтиненте Пангея. На континенте Пангея был теплый влажный тропический климат, что и объясняет наличие большого разнообразия флоры и фауны. Также это объясняет процесс начала формирования каменного угля. (Пангея существовала во время палеозойской эры – середины мезозойской эры.)

Библия тоже говорит, что в этот период климат был тёплым и мягким: «И сказал Бог: да будет твердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды. И создал Бог твердь, и отделил воду, которая под твердью, от воды, которая над твердью. И стало так. И назвал Бог твердь небом». Быт. 1: 6-8.

Эта библейская истина открывает перед нами следующую картину: часть вод, из которых, по свидетельству Библии, создана земля, остаются на поверхности нашей планеты, другая часть отделяется от нее и находится вверху. Между водами на земле и водами над землей утверждается твердь, названная небом, которая сдерживает верхние воды. Это говорит нам о том, что от начала наша планета с ее атмосферой или небом, была окружена водяным кольцом, подобным кольцам Сатурна, наблюдаемым в наши дни. Земля была в состоянии как бы яйца, лежащего в теплом гнезде: окружавшие ее воды, защищали от чрезмерных лучей солнца, распределяя его теплоту равномерно по всему шару. Эти воды защищали так же и от чрезмерного холода пространства. И находясь подобно яйцу в теплом гнезде, имея равномерную температуру, равномерное орошение, земля была покрыта необыкновенно пышной, для нашего времени, растительностью различного свойства. [5]

В книге Паралипоменон 1:19 есть такое повествование «У Евера родились два сын: имя одному Фалек, потому что во дни его разделилась земля.» Из этого следует, что в древние времена действительно существовал единый суперматерик, который учёные назвали Пангея. Если смотреть, что в Библии говорится об образовании суперконтинента, то мы ничего не найдём, но можно предположить, что Господь создал землю, на которой уже был суперматерик. [5]

Географические события 2. Теория Вегенера

Первую научную теорию медленного дрейфа материков сформулировал немецкий метеоролог и геолог Альфред Вегенер. В 1912 году он указал на многочисленные сходства в геологическом строении континентов, а также на общность ископаемой флоры и фауны в геологическом прошлом. Веским доказательством было также совпадение климата в отдаленных эпохах.

Вегенер утверждал, что сначала на поверхности Земли возник тонкий слой гранитных пород. Со временем гранитные глыбы сконцентрировались в один большой праконтинент — Пангею, что произошло около 570—280 млн лет назад. Тогда же образовался праокеан, который окружал эту сушу. Затем Пангея раскололась и продолжала распадаться на более мелкие части. Эта революционная для тех лет теория достаточно просто объясняла многие непонятные геологические факты.

Механизм движения континентов Вегенер обосновал действием центробежных сил в результате вращения Земли и взаимным притяжением Земли, Солнца и Луны. Таким образом он объяснял отдаление Северной Америки от Европы и Африки, возникновение Атлантического океана, а также интенсивное образование грандиозных складчатых горных цепей Кордильер и Анд во фронтальной части обоих американских материков, надвигающихся на тихоокеанскую платформу. Дрейфование континентов от полюсов в направлении экватора, вызванное вращательным движением Земли, привело к столкновению Европы и Африки, в результате чего в Африке образовались Атласские горы, а в Европе — Альпы, Карпаты, Динарское нагорье и другие горные цепи. Появление Гималаев в свою очередь было результатом столкновения Деканского нагорья с Азией. Эти молодые горные цепи возникли в результате медленного движения континентов почти перпендикулярно к общепризнанным по Вегенеру направлениям дрейфа. Более старые горные цепи ориентированы в иных направлениях, которые Вегенер объяснял другим в то время местоположением как полюсов, так и оси вращения Земли, от которых зависело направление дрейфа. Гипотеза Альфреда Вегенера получила название «Теории мобилизма», от mobile — «движение», «подвижный».

Подсчитано, что Пангея образовалась около 335 миллионов лет назад, но, возможно, не была первой или единственной континентальной формой. Учёные говорят о том, что этот массив суши появился в результате сближения других, более древних континентов Земли. Это можно предположить отчасти из-за того, что континенты и тектонические плиты - крупные плиты земной коры, составляющие поверхность нашей планеты – постоянно находятся в движении, отдаляясь или сталкиваясь друг с другом. Это т процесс идёт постоянно, просто он настолько медленный по человеческим меркам, что мы практически не видим никаких значительных изменений в течении человеческой жизни или даже за время существования человека. [1,9]

2.7 Вывод:

В чём заключается причина гибели древнего леса? Основная причина гибели карбоновых лесов заключается в изменении климата. После раскола суперконтинента Пангеи на Лавразию и Гондвану на нашу планету обрушивается целый ряд ледниковых периодов. (Два основных фактора, способствующих возникновению ледниковых периодов, – это изменение расположения континентов и изменение уровня солнечной активности, которые влияют на распределение солнечной радиации на поверхности Земли.)Следовательно, леса северной части Пангеи, состоящие из влаголюбивых плаунообразных, были практически уничтоженыиз-за похолодания. Вторая причина гибели древнего леса заключается в том, что появились грибы с генами пероксидазы, т.е. грибы теперь могут питаться «твёрдой пищей» или лигином. До этого времени лигин оставался несъедобной частью древесного ствола и его волокна постоянно накапливались в болотах того времени и превращались в каменный уголь. Из-за этих причин древний лес погиб и каменноугольный (карбоновый) период закончился. [7]

Именно благодаря тому, что грибы теперь способны питаться и разлагать лигин каменный уголь образовываться в наши дни не может. Также в наше время все растения в конечном итоге разлагаются, а не превращаются в каменный уголь.

3 Применение каменного угля

Первые упоминания о каменном угле датированы четвертым веком до нашей эры. В Древней Греции его использовали в кузнечном деле, в средневековом Китае – для нагрева воды и отопления помещений. Современные варианты использования каменного угля отличаются большим разнообразием. Его используют в металлургическом производстве, химической отрасли, на транспорте и в быту, а также для получения электрической и тепловой энергии.

Для сталелитейного производства нужен и уголь, и каменноугольный кокс. Последний служит топливом для доменных печей, является одним из компонентов, используемых для обогащения металла, влияет на производительность и качество получаемого металла. При коксовании каменного угля выделяются летучие вещества, которые улавливаются и охлаждаются. Полученный газ и смолы подвергаются химической обработке, в результате которой первый очищается и используется для обогрева коксовых печей, а вторые расщепляют на фракции. В дальнейшем из них получают фенолы, нафталин, антрацен и каменноугольные масла.

Антрацит и длиннопламенные угли востребованы на тепловых и электростанциях, в жилищном и транспортном хозяйстве. При этом решающими становятся такие факторы, как влажность и зольность угля. От них зависит теплота его сгорания и объем вредных веществ, выделяемых в окружающую среду. Значение имеет и крупность фракции. Мелкий уголь фракции С и Ш почти не используется в промышленности.

Из угля добывают серу, цинк, свинец, ванадий. Зола, полученная при сжигании топлива, используется для производства строительных материалов. Специальная обработка угля позволяет получать из него бензол и ксилол, которые являются компонентом красок, лаков, растворителей и линолеума.

Каменный уголь используется в химической отрасли, медицине, сельском хозяйстве и быту. В домашних условиях его можно встретить в очистительных фильтрах, что связано с его способностью очищать жидкости от вредных веществ, ионизировать и умягчать их. Еще один пример использования угля в быту – в качестве искусственного заменителя графита. В химической промышленности уголь является катализатором некоторых реакций. Он отлично повышает качество нефти. Для производства тонны чистой нефти нужно примерно три килограмма угля. Также его применяют для получения рассеянных частиц, которые затем превращают в прочные кристаллические решетки. Добыча и использование каменного угля растет с каждым днем, что расширяет возможности для его внедрения в другие технологии.

Применение каменного угля в различных отраслях промышленности давно налажено и со временем модернизируется. Но чаще всего применяется только высококачественный уголь, а высокозольный и мелкий остается невостребованным. Решением проблемы может стать использование дешевых сортов угля при производстве синтетического топлива и брикетированного угля. [4]

4 Заключение:

• Сверхконтинент Пангея занимал большую часть южного полушария в течение карбона;

• Каменноугольный период характеризовался климатом, близким к тропическому;

• На суше обитали липидодендральцы, конные хвосты, клубные мхи, скремблирующие растения, цикады и семенные папоротники, кордаиты наряду с семенными папоротниками были первыми голосемянными растениями и, очевидно, предками всех хвойных деревьев;

• В целом карбон характеризуется процветанием организмов, таких как, фораминиферы, кораллы, моллюски, наутилоидеи, аммоноидеи (гониатиты), мшанки, замковые брахиоподы, морские лилии и древние морские ежи, также расцвет испытывают земноводные, членистоногие и высшие растения (плауны и хвощи);

• В морях царили разнообразные хрящевые рыбы Некоторые акулы, рипидистии-ризодонты были высшими хищниками;

• Резкое повышение кислорода в атмосфере произошло в карбоне;

• Причина гибели древнего леса заключается в том, что появились грибы с генами пероксидазы, т.е. грибы теперь могут питаться «твёрдой пищей» или лигином;

• Каменный уголь сыграл важную роль в процессе развития общества. Уголь начал образовываться в самом начале каменноугольного периода, а лес погиб в конце, но в середине периода всё было нормально и в отношении климата, и в отношении леса, поэтому уголь продолжал образовываться вплоть до похолодания. Следовательно, даже если бы лес просто разложился и в уголь не преобразовался, то у нас всё равно был бы уголь, образованный в начале и середине карбона. Поэтому большой роли гибель древнего леса в образовании угля не играет. Разве что запасы увеличились. Но в наше время стараются сократить потребление каменного угля и перейти на потребление природного газа, первая эпоха в истории Земли, когда на ней зазеленели леса из настоящих деревьев.

5 Список использованных источников

Книги:

1. Альфред Вегенер. Происхождение континентов и океанов. Ленинград. Издательство П .С. Воронов , П.Н.Кропоткин. Изд.1984. 285с.

1. Статьи:

2.-Гипотеза о появлении материка Пангея.(Кунгурцев Юрий Николаевич.)

1098-gipoteza-o-poyavlenii-materika-pangeyaИнтернет-источники:

3.-Альфред Лотар Вегенер: судьба теории.Alfred_Lotar_Vegener_sudba_teorii

4.-Где и как используется каменный уголь?https://www.nds77.ru/info/gde_i_kak_ispolzyetsia_kamennyi_ygol.html

5.-Какой была Земля до Всемирного потопа.XEDNk7AGjACudWVI

6.-Карбоновый (каменноугольный) период - климат и условия жизни.ZPccPUdY0kwYhjR6.

7.-Кризис карбоновых лесовhttps://dzen.ru/a/ZOs0w3d8Hgmr0BE4

8.-Происхождение и добыча угля - как образовался уголь.https://www.terra-ekb.ru/sovety-stroitelyam-i-sadovodam//proishozhdenie-i-dobycha-uglya/

9.-Тайны земного ядра.https://www.youtube.com/watch?v=2q0V8PFmRsw.

10.-Флора и фаунаКаменноугольногопериода. (Карбон).blog-post_18.

11.-https://natworld.info/nauki-o-prirode/kamennougolnyj-period-ili-karbon-359-299-mln-let-nazad