Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

 

 

Этапы эволюции биосферы


Картину эволюции биосферы воссоздает палеонтология по окаменевшим остаткам организмов прошлого, сохранившимся в земных пластах. Для определения их возраста пользуются методами относительной и абсолютной геохронологии. Методы относительной геохронологии исходят из представления о том, что более поверхностный пласт всегда моложе лежащего под ним.

Методы абсолютной хронологии основываются на естественной радиоактивности некоторых химических элементов.

В 1919 г. Резерфорд осуществил первое искусственное превращение одного  ядра в  другое. Ему удалось превратить азот -14 в кислород -17, пользуясь быстрыми альфа- частицами, которые испускает радий. Реакция протекает по уравнению:

                                              147N + 42Не → 178О + 11Н

Такие реакции сделали возможным синтез ядерных изотопов в лабораторных условиях и использование закономерностей ядерного распада для различных целей, в том числе и для геохронологии. При записи ядерных превращений принято указывать поочередно ядро-мишень, бомбардирующую частицу, испускаемую частицу и , наконец получаемое ядро. При записи альфа- частицы, протона и нейтрона используются  обозначения : (α, p, n).

Э. Резерфорд и П. Кюри в начале 20 века для определения геохронологического возраста предложили использовать принцип постоянной скорости распада в рядах радиоактивности. Абсолютное постоянство периода полураспада любого радиоизотопа позволяет использовать  его как «молекулярные часы», в частности, для определения возраста самых разнообразных объектов.

При наличии N0 ядер в момент времени t0 = 0 их число во времени убывает по закону :

                              Nt=N0e-λt , где

λ – постоянная распада, связанная с периодом полураспада соотношением : λ=0,693T1/2, где T1/2 – период ,полураспада за который число атомов уменьшается вдвое. Дальнейшее преобразование зависимостей позволило получить  формулу для определения возраста исследуемого объекта :

                                t = 3,32T1/2lgN0/Nt

Например, с помощью  изотопа углерод - 14 устанавливают возраст веществ органического происхождения. Этот метод основан на том, что в верхних слоях атмосферы в результате захвата нейтронов азота постоянно образуется изотоп 14С

                                                   147N+10n→146C+11H

Эта реакция является слабым, но довольно постоянным источником поступления в атмосферу 14С, который претерпевает бета -распад с периодом полураспада 5700 лет.

                                             146С → 147N+ 0-1e

Углерод, участвующий в круговороте СО2 в природе, имеет 13,6 распадов в мин на 1 г углерода. При отмирании растительных остатков они перестают участвовать в круговороте, в результате чего скорость распада уменьшается.

При проведении датировки с помощью 14С обычно предполагают, что его отношение к 12С в атмосфере сохранялось постоянным на протяжении последних 50000 лет. 14С включается в диоксид углерода и затем в процессе фотосинтеза попадает вместе с ним в более сложные углеводороды, входящие в состав растений. Животные поедают растения и таким образом в них тоже попадает 14С. В организме таким образом тоже существует постоянное соотношение 14С и 12С, как и в  атмосфере. Однако после смерти организм уже не получает соединений углерода, которые бы поддерживали постоянный уровень содержания 14С, падающий в результате  радиоактивного распада, и отношение 14С к 12С постепенно уменьшается. Если это соотношение уменьшается вдвое по сравнению с атмосферой, можно заключить, что данный объект имеет возраст, равный периоду полураспада 14С, т.е. 5700 лет. Описанный метод нельзя использовать для датировки объектов  возраст которых превышает 20 000 - 50 000 лет. Радиоактивность столь древних объектов слишком низка, чтобы ее можно было измерить достаточно точно. Метод датировки событий при помощи радиоуглерода может быть проверен путем сравнения возраста деревьев, определенного путем подсчета колец на срезе, с данными радиоизотопного анализа. У растущего дерева каждый год прибавляется одно кольцо. В старых кольцах запас радиоуглерода не возобновляется. 14С постепенно распадается, тогда как содержание 12С остается постоянным. Большинство использованных для проверки деревьев были калифорнийскими соснами, возраст которых достигал 2000 лет. По возрасту деревьев, умерших в установленное время несколько тысяч лет назад можно было проводить сопоставление вплоть до периода примерно в 5000 лет до н. э. Оба метода датировки согласуются с точностью до 10 %.

Пример1

При исследовании куска древесины, обнаруженного археологами в гробнице, оказалось, что интенсивность радиоактивного распада изотопа углерода-14 в 10 раз меньше, чем у куска свежесрезанной древесины. Период полураспада 14С равен 5600лет. Определите возраст куска древней древесины.

Ответ 18200 лет.

Пример 2

В 1983 году была измерена скорость распада углерода в двух кусках дерева корабля викингов; она составила 12.0 распадов в мин на 1 г углерода. Дерево, из которого скандинавы - викинги построили свой корабль было срублено:

Варианты ответа 1) в 431г.; 2) в 948 г.; 3) в 1035г.; 4) в 1465 г

Объекты иного типа можно датировать аналогично с помощью других изотопов.

Известны четыре ряда радиоактивности, каждый из которых начинается радионуклидом с большим периодом полураспада : 232Th (1,389х1010 лет, формула ряда 4n) ; 237Np (2,14х106 лет, формула ряда 4n + 1) ;238U (4.51х109 лет, формула ряда 4n + 2) ;235 U (7,1х108 Лет, формула ряда 4n + 3). С течением времени в каждом ряду устанавливается вековое равновесие, при котором скорости распада и образования каждого промежуточного члена ряда равны. Время достижения векового равновесия для всех рядов – период полураспада родоначальника ряда. Благодаря этому, в земной коре содержатся все члены естественных рядов, но все же , чем меньше период полураспада какого – либо нуклида, тем меньше содержится его в земной коре.

Старейшим методом изотопной геохронологии является свинцовый. Он назван так потому, что возраст пород определяется по накоплению свинца при распаде урана и тория. В результате распада урана – 238 возникает свинец – 206, урана – 235 – свинец – 207 и при распаде тория – 232 – свинец - 208

Для определения возраста содержащих уран минералов можно измерять отношение свинца -206 к урану-238.

Если  свинец - 206 каким-то образом оказался включенным в минерал  в результате нормального химического процесса, а не в результате радиоактивного распада, то такой минерал должен содержать большее количество более распространенного изотопа свинца - 208. При отсутствии больших количеств этого геонормального изотопа свинца можно предполагать, что весь содержащийся в образце свинец - 206 некогда был ураном-238.

Возраст наиболее древних минералов и остатков микроорганизмов, обнаруженных на Земле, составляет приблизительно 3 – 3,5х109 лет. Это указывает на то, что кора Земли образовалась не позже указанного времени. До кристаллизации коры изотопы свинец-206 и уран-238 могли разделяться. Согласно имеющимся оценкам потребовалось (1-1.5)109 лет, чтобы Земля остыла и ее поверхность отвердела. Это показывает, что возраст Земли можно оценить в (4-4,5)109 лет.

Пример 3

Период полураспада для процесса 238U—26Pb равен 4,5х109 г. Образец минерала содержит 50,0 мг 238U и 14, мг 26Pb. Каков возраст этого минерала?

Ответ: 3,51х109 лет

Календарь истории Земли разделяется на длительные промежутки эоны. Эоны подразделяются на эры. Эры – на периоды; периоды – на эпохи; эпохи – на века.

Геологическая история Земли делится на два эона : криптозойский (kryptos – скрытый, zoe – жизнь) – интервал времени в 3,5 млрд. лет, в течение которого сформировались докембрийские толщи пород, лишенные явных остатков скелетной фауны и фанерозойский (phaneros – явный), который продолжается 570 млн. лет.

Криптозойский эон подразделяется на архей и протерозой с границей между ними 2600 млн. лет назад

Уже  в архее существовала первичная атмосфера Земли. В ее состав входили пары воды, метан, аммиак, углекислый газ, водород, к ним примешивались инертные газы- аргон, гелий, криптон, ксенон и выделявшиеся при вулканических извержениях газообразные сероводород, фтористый водород, хлористый водород и др. Однако вследствие того, что масса Земли в этот период была незначительна, легкие газы (водород и гелий) ушли в мировое пространство, а кислород немедленно расходовался на процессы окисления элементов, образовавших нашу планету. Таким образом, первичная атмосфера протопланеты была утеряна.

Постепенно газы, вовлеченные во внутренние слои Земли, начали выделяться. Благодаря им, образовалась вторичная собственная земная атмосфера. К этому времени накопление космических частиц на Земле, увеличившее массу нашей планеты, достигло такого уровня, что Земля смогла удерживать газы. В состав вторичной атмосферы входили те же самые компоненты, что  были в первичной и по прежнему в ней не было ни азота , ни кислорода, ни озона.

 Поэтому жизнь зарождалась в водных глубинах без доступа Солнца и свободного кислорода (анаэробный процесс).

В горных породах архея находят графит. Это – остатки окаменевших бактерий – прокариотов и сине – зеленых водорослей. После архея наступил протерозой. В позднем протерозое выделяют два периода : Рифей и Венд. Рифей характеризуется образованием карбонатных отложенийи, началом кислородной жизни сине – зеленых водорослей, которыми и был «открыт» 2 млрд. лет назад фотосинтез. Вопрос об источниках насыщения земной атмосферы кислородом остается дискуссионным, Многие исследователи считают, что основную роль в этом процессе сыграл фотосинтез. Незначительная часть кислорода могла также образоваться вследствие фотолиза воды под воздействием ультрафиолетовых лучей. Но есть и такая точка зрения, что кислород в атмосферу поступал также из океанских глубинных впадин, где он образовывался при извержении базальтов.

 Азот современной атмосферы образовался в результате распада аммиака и выделения газообразного азота при вулканической деятельности. Водород же господствовал в верхних слоях атмосферы на высоте 100 км.

До сих пор нет точных оценок количества углекислого газа  в атмосфере на ранних этапах ее развития. По результатам анализа базальтовых пород подводных хребтов в Тихом и Атлантическом океанах американский геохимик Д. Маре сделал вывод, что содержание СО2 в атмосфере Земли в первый миллиард лет ее существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время, т.е. 39% . Температура в приземном слое достигала почти 1000С (сверхпарниковый эффект был обусловлен не только углекислым газом, но и водяным паром) и вода в Мировом  океане приближалась к точке кипения.

В последующем химические процессы связывания углекислого газа и вывода его из атмосферы и океана в осадочные породы способствовали некоторому снижению парникового эффекта.

В таких условиях происходило зарождение жизни около 3,5 млрд лет назад. С появлением фотосинтезирующих организмов парниковый эффект стал гаситься биохимическим путем за счет изъятия из атмосферы углекислого газа и одновременного накопления кислорода.

В докембрии установлено несколько эпох повышенной тектоно- магматической активности. С этим эоном свзаны богатейшие месторождения железных, медных, марганцевых руд, золота , урана, полиметаллов.

Современный фанерозойский геологический эон длится уже более 570 млн. лет и изучен весьма основательно.

Самая древняя эра этого эона  - палеозойская продолжалась 335 млн. лет. В ней отмечалось быстрое заселение планеты организмами с твердой позвоночной системой, формирование залежей каменного угля, нефти, сланцев, фосфоритов, медных руд. Существует гипотеза, что Земля в палеозое представляла собой суперконтинент Пангею (pan - вся, gaia – земля), которая в результате глобальной тектоники раскололся вначале на два суперконтинента Гондвану и Лавразию, разделенных древним океаном Тетис, а затем  - в мезозойскую эру появились и современные континенты.

Палеозойская эра делится на 6 периодов :

  • Кембрий (80 млн. лет) – первые позвоночные, моллюски, черви, красные водоросли, фосфориты в Казахстане, Монголии и Китае.
  • Ордовик (65 млн. лет) – все виды беспозвоночных, горы Шотландии, Казахстана, горючие сланцы Прибалтики, фосфориты и железные руды, начало формирования озонового экрана.
  • Силурий (35 млн лет) – примитивные позвоночные, медные руды, фосфориты, насыщение озонового экрана.
  • Девон (55 млн. лет) – отступление моря, появление первых рыб, накопление нефти, каменных солей.
  • Карбон (65 млн. лет) – первые позвоночные, накопление каменноугольных запасов Кузбасса, Донбасса, Тунгусского бассейна, в Аппалачах, Руре.
  • Пермь (45 млн. лет) – появление земноводных и примитивных пресмыкающихся, хрящевых и акулообразных рыб, накопление угольных ресурсов Западной Европы, Северной Америки, Китая, Индии, Австралии, России, нефти, каменных солей.

Затем наступила мезозойская эра в составе 3-х периодов :

  • Триас (50 млн. лет) – расцвет популяции динозавров, появление сумчатых, яйцекладущих, продолжение образования залежей угля в Южной Африке и Австралии, нефти, алмазов, урана, медно – никелевых руд.
  • Юрский (53 млн. лет) – развитие рыб, летающих ящеров и птиц. Млекопитающие еще малочисленны и примитивны, зато некоторые пресмыкающиеся достигли громадных размеров Продолжалось формирование залежей нефти, газа, оолитовых железных руд, доломита, кальция, фосфоритов.
  • Меловой (60 млн. лет) – появление крупных млекопитающих, зубастых птиц, образование залежей писчего мела, нефти, угля, осадочных железных руд.

Переход от мезозойской к кайнозойской эре ознаменовался массовой гибелью динозавров, причины которой до сих пор не ясны.

Кайнозойская эра (kainos – новый) началась 72 млн. лет назад и продолжается по сей день. В ней различаются три периода :

  • Палеоген (45 млн. лет) – увеличение числа млекопитающих, появление грызунов, насекомых. В этот период сформировались Анды, Кордильеры, залежи бурых углей, нефти, газа. Бокситов, железных и марганцевых руд.
  • Неоген (25 млн. лет) – появились горные цепи Кавказа, Альп, Гималаев, продолжали формироваться богатые залежи нефти, газа, бурого угля.

Четвертичный-Антропоген (0,6 – 3,5 млн. лет и до сих пор) – сформировался современный образ планеты, прошли процессы оледенения, произошло становление человека.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: