Урок 51. Эволюция планеты Земля
Предмет: Естествознание, 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 51. Эволюция планеты Земля

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

- Каков возраст и строение Земли?

- Как проходила эволюция гидросферы и атмосферы Земли?

- Что такое «гравитационное дифференцирование», «первичная атмосфера», «вторичная атмосфера»?

- Какие процессы определили эволюцию Земли?

Глоссарий по теме:

Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) – первые живые организмы на Земле.

Первичная атмосфера Земли – состояние атмосферы, при котором она состояла водяного пара, аммиака, метана, водорода, диоксида углерода (углекислого газа), сероводорода, оксида углерода. Кислорода в первичной атмосфере не было. Восстановительная атмосфера.

Вторичная атмосфера Земли – атмосфера, в которой накопился кислород в ходе фотолиза воды и деятельности цианобактерий. Окислительная атмосфера.

Дегазация мантии Земли – процесс формирования атмосферы за счет выделения газов из мантии.

Фотодиссоциация (фотолиз) воды – процесс разложения на молекулы водорода и кислорода, возникший в атмосфере Земли под действием ультрафиолетового излучения – в атмосфере в ходе данного процесса возникли свободные молекулы кислорода.

Родиния; Пангея; Лавразия; Гондвана – суперконтиненты, образовывавщиеся в ходе эволюции Земли.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

1.	Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. : с 234-241.

2. Будыко М.И., Голицын Г.Р., Израэль Ю.А. Глобальные климатические катастрофы. М.: Гидрометеоиздат, 1986. с. 78-123.

3. Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. с. 45-57.

Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

Образовательный портал «Интересник» / Раздел Эволюция планеты Земля// URL: http://interesnik.com/evolyuciya-planety-zemlya/

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Современное состояние планеты Земля – это результат длительной эволюции, в котором выделяют периоды как сравнительно последовательного развития, так и периоды резких перестроек земной коры с изменением физико-географических условий планеты.

Земля сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад, температура в период зарождения Земли была столь высока, что поверхность планеты была схожа с расплавленным океаном. Однако вследствие того, что радиоактивность, поддерживавшая на планете высокую температуру, постепенно снижалась, Земля начала остывать.

4 миллиарда 400 миллионов лет на Землю метеориты еще продолжали падать на Землю, но, так как ядро Земли постепенно охлаждалось, большая часть земной поверхности трансформировалась в кору, состоящую, преимущественно, из вулканической породы. На данном этапе на поверхности Земли уже начала появляться вода.

В процессе охлаждения Земли, ее поверхность выделяла огромное количество углекислого газа, что обусловило и выделение водяного пара. Ряд исследователей полагает, что именно вследствие остывания Земли и выделения углекислого газа на Земле появилась вода.

Это период первичной атмосферы Земли. Первичная атмосфера состояла из следующих химических соединений: водяного пара, аммиака, метана, водорода, диоксида углерода (углекислого газа), сероводорода, оксида углерода. Кислорода в первичной атмосфере не было.

В дальнейшем первичная атмосфера трансформировалась во вторичную. Это произошло вследствие выветривания, вулканической и солнечной активности, жизнедеятельности цианобактерий и водорослей.

Результатом трансформации первичной атмосферы стало разложение метана на водород и углекислый газ, аммиака – на водород и азот. В атмосфере Земли начали накапливаться углекислый газ и азот.

Конденсация в атмосфере водяного пара привела к дождям, которые шли, не переставая, на протяжении миллионов лет. Дожди превратили Землю в планету, покрытую океаном. 4 миллиарда лет назад более 90% поверхности Земли покрывал океан. В воде проступали маленькие вулканические острова. Поверхность Земли в этот период красная – это обусловлено тем, что железо в воде окрашивает воду в оливковый цвет, а большое число углекислого раза в атмосфере Земли создает красноватый цвет атмосферы. Сила атмосферного давления в этот период очень велика – если бы на Земле были люди и животные, они оказались бы смяты под его воздействием. Температура на поверхности Земли достигает 200 °С.

В таком виде Земля существует около полумиллиарда лет, а в дальнейшем резкий скачок вулканической активности привел к появлению горных пород нового типа и создал условия для возникновения континентов.

3 миллиарда 400 миллионов лет назад большую часть поверхности Земли еще покрывает океан, однако магма, которую извергали подводные вулканы, уже заложила основу континентов, превратившись в горные породы – преимущественно, это гранит, 3,5 миллиарда лет назад гранит на Земле был практически повсюду.

Возникновение горных пород было обусловлено тем, что извержения вулканов на дне океана образовывали трещины, заполненные водой и расплавленной лавой. Базальтовая лава и кипящая вода, смешиваясь, сформировали гранит. Гранитные породы поднялись с глубины и сформировали материковую кору Земли.

Плотность гранита значительно меньше плотности базальта (разница их плотности выше, чем разница плотности воды и воздуха). Так как базальт - это основная порода океанической земной коры, а гранит – материковой, то вследствие разности плотностей, материковая кора более подвижная, и, по сути, дрейфует «плавает» по мантии.

Следующие два миллиарда лет первые гранитные континенты наращивали площадь. По всей планете появлялись на поверхности воды гранитные острова, ставшие в дальнейшем базой для современных массивов суши.

Формирование первых гранитных островов на поверхности Земли вывело первых живых организмов (цианобактерий) на солнечный свет, что обусловило выработку кислорода, выделяемого в атмосферу. Это стало началом развития пригодной для жизни атмосферы Земли. Цианобактерии формировали особые бактериальные «маты» - собрания бактерий на мелководье или на породах, плавающих на поверхности океана. Ископаемые останки таких бактериальных матов называют строматолитами. В течение 2 миллиардов лет строматолиты произвели несколько триллионов тонн кислорода.

Первое время производимый ими кислород расходовал на окисление огромного количества железа в океанах. Однако, после того, как большая часть железа оказалась окислена – кислород в свободной форме насыщал атмосферу Земли. В результате накопления кислорода аммиак окислился до молекулярного азота, метан и оксид углерода – до углекислоты, сера и сероводород – до SO2 и SO3.

Атмосфера из восстановительной превратилась в окислительную – вторичную атмосферу.

Зеленые океаны, вследствие окисления железа, стали синими, кислород очистил воздух, разбавив углекислый газ атмосферы. Через 2 миллиарда лет насыщения кислородом Земля стала голубой – это произошло 1,5 миллиарда лет назад.

1,5 миллиарда лет назад континенты покрывали уже четверть всей поверхности планеты, но их формирование продолжалось. Когда океаны, разделявшие образующиеся континенты, оказались поглощены земной корой, возник единый суперконтинент – Родиния.

Родиния представляла собой пустынный безжизненный материк, но несмотря на то, что на самой Родинии не было жизни, она оказала значительной влияние на развитие жизни в океанах.

В насыщенных кислородах водах на мелководье вокруг Родинии наряду со строматолитами возникли иные простейшие организмы. В то же время на период существования Родинии приходится самое масштабное оледенение в истории Земли. 700 миллионов лет назад Родиния, из-за своих огромных размеров блокировала экваториальные течения, которые перемещали теплые воды к полюсам Земли, что и стало причиной обледенения полярных регионов. Так как полярные ледяные поля отражали от поверхности больше солнечного света, температура всей планеты начала резко понижаться, и затем ледяной панцирь закрыл всю поверхность. Температура Земли на поверхности в этот период упала до минус 40 °С. Океаны обледенели до глубины свыше 1 км. Цианобактерии и водоросли – первые живые организмы на Земле оказались под толщей льда.

В то же время под ледяной поверхностью суперконтинент сохранял активность. Извержения вулканов обусловили раскол Родинии на части. А в период с 630 по 550 миллионов лет назад накопленное подо льдом тепло постепенно согрело планету. Углекислый газ, высвободившийся при расколе Родинии вызвал парниковый эффект. После раскола Родинии возникли новые мелководья, вырос уровень кислорода, что создало благоприятные условия для дальнейшего развития живых организмов.

Концентрация кислорода достигла максимума, именно этим обусловлен так называемый «кембрийский взрыв» - массовое развитие в Кембрийском периоде многообразия видов живых организмов на Земле.

За последующие 100 миллионов лет содержание кислорода постепенно достигло современного уровня и создало условия для формирования озонового слоя. Это позволило живым организмам выйти на сушу из океана.

Следующий период – Каменноугольный (карбон) – это период развития обширного растительного покрова. Земля в это время представляет собой мир тропических болот. Именно карбон сформировал современные залежи каменного угля – за счет захоранивания и гниения в болотах тропических растений.

Развитие тропической Земли остановило излияние мантии на территории современной Сибири, вследствие которого земная кора превратилась в болото из раскаленной магмы. Эти излияния магмы, причина которых до сих пор не выявлена, продолжались более миллиона лет.

Большая часть организмов (около 95% живых существ) погибли в результате этого, на Земле, вследствие выхода магмы на поверхность и застывания возник новый суперконтинент – Пангея.

Около 180 миллионов лет назад Пангея раскололась – изначально на два континента Лавразию и Гондвану, которые затем раскололись на континенты, существующие сегодня. Образовавшиеся материки начали дрейф, постепенно перемещаясь к тем местам, на которых они находятся в настоящее время.

Выводы:

Сегодня большинство ученых поддерживают гипотезу образования планеты из межзвездного пылевидного вещества с включениями и кусками различных небесных тел. Процессы появления Земли описал российский ученый О. Ю. Шмидт (1891-1956 г.г.).

Согласно данной гипотезе, 4,6 миллиардов лет назад вокруг молодого Солнца возникли сгустки и скопления вещества, увеличивающиеся из-за притяжения дополнительного «строительного материала» силой гравитации. Этот процесс напоминал метеоритный дождь.

Земля сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад, температура в период зарождения Земли была столь высока, что поверхность планеты была схожа с расплавленным океаном. Однако вследствие того, что радиоактивность, поддерживающая на планете высокую температуру, постепенно снижалась, Земля начала остывать. Рост скорости процессов эволюции Земли был обусловлен появлением на ней живых организмов.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Какая атмосфера Земли содержала свободный кислород?

1) Первичная;

2) Вторичная.

Правильный ответ – вторичная.

2. Расположите суперконтиненты в порядке их появления на планете Земля в ходе ее эволюции:

1) Пангея;

2) Лавразия и Гондвана;

3) Родиния.

Правильная последовательность:

3) Родиния;

1) Пангея;

2) Лавразия и Гондвана.