- •Концепции современного естествознания
- •Задачи курса - сформировать у студентов:
- •Ключевые слова содержания дисциплины «Концепции современного естествознания», в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования
- •Глава 1 Естествознание. История развития естественных наук
- •1.1.Естествознание. Методы исследований
- •1.2.Философские концепции в развитии естественных наук
- •1.3.История развития естественных наук
- •1.3.1. Подготовительный период
- •1.3.2. Механистический период
- •1.3.3. Новое время
- •1.3.4. Новейшее время
- •Тестовые задания к главе 1
- •Глава 2 Теории о строении материи
- •2.1. Механистическая теория
- •1. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым.
- •5. Действие и сигналы могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.
- •2.2. Электромагнитная теория
- •2.3. Электронная (атомно-молекулярная) теория
- •2.4. Физическая (квантово-полевая) теория
- •Тестовые задания к главе 2.
- •Глава 3 Законы развития материального мира
- •3.1. Законы диалектики
- •3.2. Категории диалектики
- •1. Единичное и общее
- •2. Причина и следствие
- •3. Необходимость и случайность
- •4. Возможность и действительность
- •5. Содержание и форма
- •6. Сущность и явление
- •7. Самоорганизация
- •8. Состояние
- •9. Взаимодействие
- •10. Близкодействие и дальнодействие
- •11. Принцип относительности
- •12. Принцип инвариантности
- •13. Принципы симметрии
- •14. Принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности
- •15.Принцип системной целостности
- •Тестовые задания к главе 3.
- •Глава 4 системнАя организациЯ и законы энергии материального мира
- •4.1. Формы существования материи
- •Системный подход к изучению материи
- •Современное естествознание о микро-, макро- и мегамирах
- •Структурная организация микромира
- •4.3. Законы взаимопревращения различных видов энергии материального мира
- •Законы сохранения энергии в макроскопических процессах
- •Принципы возрастания энтропии. Термодинамические законы
- •Химические процессы. Реактивная способность веществ
- •Тестовые задания к главе 4
- •Глава 5 эволюция вселенной
- •5.1. Метагалактика. Галактика. Солнце
- •5.2. Происхождение Солнечной системы
- •Тестовые задания к главе 5
- •Глава 6 эволюция земли. Биосфера
- •6.1. Основные этапы истории развития Земли
- •Этапы эволюционного развития Земли Образование основных оболочек Земли
- •Зарождение жизни
- •6.2. Биосфера Земли Характеристика и состав биосферы
- •В.И. Вернадский о биосфере и «живом веществе»
- •Биогенная миграция химических элементов
- •Развитие органического мира
- •Появление многоклеточных организмов
- •6.3. Антропогенез. Эволюция мозга и развитие сознания
- •Этапы развития человека
- •Развитие сознания
- •Психика человека
- •Психика животных
- •2. Стадия перцептивной психики
- •3. Стадия интеллекта
- •Эволюция психической деятельности человека
- •Строение и функции нервной системы человека
- •Варианты психической деятельности человека
- •Тестовые задания к главе 6
- •Глава 7 циклы и Ритмы Вселенной и их влияние на эволюцию земли
- •7.1. Ритмы Галактики
- •7.2. Ритмы Солнца
- •7.3. Влияние ритмов Галактики и Солнца на геофизические процессы Земли
- •Тестовые задания к главе 7.
- •Глава 8 колебания климата земли
- •8.1. Причины колебаний климата Земли
- •1. Астрономические факторы (положение Земли в космическом пространстве).
- •8.2. Палеоклиматическая реконструкция климата Земли
- •8.3. Моделирование климата Земли за 3,5 млрд. Лет и долгосрочный прогноз его изменчивости
- •Моделирование процесса динамики температурного режима земной поверхности за 3,5 млрд. Лет
- •Реконструкция температурных аномалий за 3,5 млрд. Лет до н.В. И прогноз на 1 млрд. Лет вперед
- •Реконструкция температурных аномалий
- •Реконструкция температурных аномалий за 100 тыс. Лет до н.В. И прогноз на 100 тыс. Лет вперед
- •Реконструкция температурных аномалий за 8 тыс. Лет до н.В. И прогноз на 12 тыс. Лет вперед
- •Атлантический период отмечен значительным сдвигом природных зон умеренных широт в северном направлении. Судя по палеотемпературной реконструкции, он продолжался 1300 лет (от 6800 до 5500 лет назад).
- •Тестовые задания к главе 8.
- •Глава 9
- •9.1. Антропогенные воздействия на микроклимат сельской местности
- •9.2. Антропогенные воздействия на микроклимат города
- •9.3. Антропогенное воздействие на глобальный климат планеты
- •Глава 10 Законы естествознания
- •10.1. Законы существования материального мира
- •10.2. Законы системной целостности
- •10.3. Законы внутреннего развития систем
- •39. Закон согласования строения (функции) частей подсистемы.
- •10.4. Законы термодинамики систем
- •10.5. Законы иерархии систем
- •51. Периодический закон химических элементов д.И.Менделеева
- •10.6. Законы «система-среда»
- •Сверлова Любовь Ивановна доктор географических наук, профессор Концепции современного естествознания
- •680042, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 134, хгаэп, риц
Реконструкция температурных аномалий
за 600 млн.лет до н.в.
Восстановление палеотемпературных аномалий приземных слоев воздуха за 600 млн.лет до н.в. (в палеозойскую и кайнозойскую эры) производилось в масштабе времени 1:1 000 000 (рис. 8.3.4).
Р
1,2
1,0
ср
-1,0
-1,2
-1,4
1 – температурные аномалии приземных слоев атмосферы в С.
В процессе реконструкции был принят постулат: наибольшее похолодание климата было 590 млн. лет назад. Из полученного ряда температурных аномалий (рис. 8.3.4) следует, что за период 600 млн. лет до н.в. яркие потепления климата имели место 430, 260, 100 млн. лет назад, а похолодания - 485, 330, 160 млн. лет назад. Из них наибольшее потепление было в перми (280-250 млн. лет назад).
Этапы похолодания 500-470, 335-310, 180-120, 80-0 млн. лет назад связаны с оледенением полюсов, а этапы потепления – 600-500, 470-355, 310-180, 120-80 млн. лет назад – с их деградацией. Эти колебания климата вызвали усиление дифференциации ландшафтно-географических зон. Во второй половине палеозоя (перми). В плейстоцене вследствие похолодания становятся ярче зональная и провинциальная дифференциации.
Система, состоящая в средней перми из 5 зон, переходит к системе из 7 основных зон (появляются тундровая зона в северном и южном полушариях). Усиливаются и провинциальные контрасты внутри зон. Похолодание постепенно прогрессирует и охватывает зоны средних и высоких широт. Резко обозначаются сухие зоны затропических барометрических максимумов. Вместе с похолоданием уменьшается уровень Мирового океана и увеличивается площадь суши.
Реконструкция палеотемпературных аномалий планеты за 600 млн. лет позволяет сделать выводы:
1. Термический максимум подобный среднепермскому, имел место 410-450 млн. лет назад (в верхнем ордовике и нижнем силуре).
2. В середине мелового периода на общем фоне похолодания было крупное потепление 90-120 млн. лет назад, но оно не достигло по своим значениям среднепермского максимума.
3. Термические минимумы, подобные плейстоценовому, но менее интенсивные были 150-180 млн. лет назад (в средней пре),310-340 млн. лет назад (в среднем карбоне) и 460-500 млн. лет назад (в среднем кембрии – нижнем силуре). Похолодания сопровождались частичным оледенением полюсов.
Сопоставление расчетной кривой с данными других авторов подтверждают правильность расчетов. Так, приведем современное представление о климате в Якутии в палеозое и мезозое. В раннем кембрии (350 млн. лет назад) в Якутии имели место оптимальные климатические условия. Тропического облика флора этой эпохи, обилие карбонатных пород свидетельствуют о жарком и влажном климате с элементами засушливости (доломиты, гипсы), в Верхнем Верхоянье. В среднем карбоне (320 млн. лет до н.в.) отмечалось общее похолодание климата. Климат Якутии становится умеренно-теплым и влажным, поскольку преобладающим в это время был гумидный тип осадконакопления (терригенные породы без существенного участия карбонатных). В пермском периоде замечено два периода похолодания (280 и 240 млн.лет назад),подтверждаемые наличием ледово-морских отложений. Последние свидетельствуют о резко выраженной климатической сезонности с холодными морозными зимами. В ранней триассе (220 млн. лет назад) отмечается засушливость климата Якутии.
В среднем триассе (200 млн. лет назад) отмечается небольшое похолодание. Дождливые сезоны стали чаще и продолжительнее. Возобновились процессы угленакопления, указывающие на достаточное увлажнение.
Все отмеченные вариации нашли отражение в палеоклиматической реконструкции (рис. 8.3.3). Таким образом, в течение палеозоя, мезозоя и кайнозоя неоднократно эпохи потепления сменялись эпохами похолодания. Эпохи интенсивного тектогенеза сменялись эпохами относительного покоя. Это приводило к миграции растительных зон и дифференциации растительных формаций.
В.М.Синицын еще в 1962 г. отмечал, что вся территория Северной Сибири и Верхояно-Колымской зоны в средне-олигоценовое похолодание располагались в нулевой изотерме самого холодного месяца. Об этом свидетельствует и распространение в морских отложениях глауконита, для которого нулевая изотерма является границей географического ареала. Температуры летом не были высокими (не выше + 15-18°С), как сейчас в юго-западной части Канады.
К концу олигоцена в период потепления, возрастает контрастность рельефа, причем в областях Тянь-Шаня, Алтая-Саян и Забайкалье гипсометрический уровень достигает такой величины, что в их высоком поясе характер процессов выветривания и формационный состав растительности оказываются уже не соответствующими общезональному типу. Фаза потепления, охватывает около 8 млн. лет и завершается в раннем миоцене.
Реконструкция температурных аномалий
за 10 млн.лет до н.в.
Период 10 млн. лет охватывает частично плиоцен и весь плейстоцен. Реконструкция температурных аномалий за этот период выполнена в масштабе 1:100 000 (рис. 8.3.4). При моделировании был принят постулат: за период 10 млн. лет наибольшее потепление климата имело место 4,5 млн. лет назад.
В течение периода 10 млн. лет на климатические колебания Земли и другие геофизические процессы большое влияние могли оказать вариации положения Земли в солнечной системе: эксцентриситет земной орбиты, наклон эклиптики (с периодом около 40 800 лет) и периоды прицессии (26000 лет).
Р
1,4
1,2
ср
-1,2
-1,4
-1,6
1 – температурные аномалии приземных слоев атмосферы в °С.
Эксцентриситет орбиты характеризует форму. В зависимости от величины эксцентриситета орбита может иметь форму эллипса, параболы или гиперболы. В палеоклиматологии вместо эксцентриситета используют понятие угла эксцентриситета, исходя из соотношения, что угол эксцентриситета е = sin .
Наклон эклиптики – сечение небесной сферы плоскостью орбиты Земли
В основе палеотемпературной реконструкции за 10 млн. лет лежало обязательное выполнение условия, по которому все астрономические ритмы наклона эксцентриситет земной орбиты, наклон эклиптики и периоды прицессии в своем резонансе обусловили яркое потепление и наибольшее потепление климата было 4,5 млн. лет назад.
Проверка полученной палеотемпературной кривой на основе сопоставления её с установленными фактическими материалами показала, что в первой половине плиоцена наша планета продолжала пребывать в фазе похолодания, которое началось 14 млн. лет до н.в. (в верхнем плиоцене). Это похолодание продолжалось 8,2 млн. лет и закончилось 5,8 млн. лет до н.в. В среднем-начале верхнего плиоцена наступила фаза более высоких температур (5,8-2,0 млн. лет до н. в.).
Эти изменения климата отмечены В.С.Волковой, В.И.Ильиной и др. (1971) при интерпретации спорово-пыльцевых комплексов Сибири. По их данным в конце позднего миоцена и раннего плиоцена похолодание и аридизация климата привели к полному распаду тургайской флоры. Умеренно-теплолюбивые доминанты широколиственной флоры были замещены представителями мелколиственных пород. Лишь отдельные виды вязов, дубов сохранились в укрытиях, но не имели определяющей роли. В это время началось формирование умеренной флоры на северо-востоке Сибири, содержащей холодостойкие породы, преимущественно хвойных растений. В среднем и начале верхнего плиоцена в фазе отмеченного выше потепления (особенно 5,8-4,2 млн. лет назад) по речным долинам южной части Западной Сибири и Дальнего Востока наблюдалось расширение ареала широколиственных пород (дуба, липы, ильма). На севере Сибири и северо-востоке приобрели важную роль темно-хвойные леса. Ареал лиственных пород, представленный умеренно-бореальными видами, значительно расширился.
Похолодание в конце верхнего плиоцена и начале четвертичного периода на севере и севере-востоке вызвало сокращение ареала этих видов лиственных пород и привело к формированию перигляциальных и тундровых ландшафтов. На юге Западно-Сибирской низменности и Дальнего Востока похолодание плейстоцена сказалось на сокращение ареала теплолюбивых широколиственных пород.
Похолодание в конце позднего плиоцена усилило оледенение полюсов и горных вершин полярных и умеренных широт, а также распространение ледников по территории. Наступление ледников наиболее ярко проявилось в первой половине плиоцена (9,7; 7,3; 6,7 млн. лет назад), а также в конце плиоцена и в плейстоцене (1,3; 0,5 и 0,2 млн. лет назад).
Наряду с этими глубокими фазами похолодания были мелкие, о которых говорят следы древних оледенении. В настоящее время следы древнего оледенения обнаружены в хр. Сьерра-Невада (США), возраст которого, по данным калий-аргоновых определений, составляет около 3 млн. лет. Такой же возраст имеют наиболее древние тиллиты Исландии и Новой Зеландии. Ю.Ф. Чемеков в 1970г. на Кавказе открытыл следы поздне-плиоценового оледенения. Им в глубоководных осадках Арктического океана найдены ледниково-морские отложения, возраст которых оценивается в 2,5 млн. лет назад и т.д. Эти примеры свидетельствуют о начале глубокого похолодания в четвертичном периоде (плейстоцене). В плейстоцене похолодание не было плавным, но и не было резко катастрофическим. Ледниковые покровы в полярных широтах и в горах умеренных и тропических широт то усиливались, то сокращались.