Лекции по Физике Земли

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ФИЗИКА ЗЕМЛИ

Лекции 1-2

Введение (содержание курса)

Космология, происхождение и общее строение Земли

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Содержание курса

• 1. Космология, происхождение и общее строение Земли

• 2. Структуры земной коры и верхней мантии в свете научнотеоретических представлений тектоники литосферных плит.

• Основные положения тектоники литосферных плит;

• Глубинное строение структурно-вещественных подразделений земной коры: сформированных в различных геодинамических обстановках

-Внутриконтинентальные, межконтинентальные, океанические рифты;

-Островные дуги;

-Активные континентальные окраины;

-Коллизионные структуры;

-Трансформные границы плит и региональные сдвиги;

• Глубинное строение и тектоническое районирование территории России.

•3. Физические поля Земли и их информативность в исследованиях глубинного строения нашей планеты:

•- Поле силы тяжести Земли;

•- Магнитное поле Земли;

•- Естественная радиоактивность Земли;

•- Сейсмичность Земли;

•- Электрическое поле Земли;

•- Тепловое поле Земли.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Раздел 1. Космология, происхождение и общее строение Земли

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Первые идеи об устройстве Вселенной

•Уже на самых древних этапах человеческой цивилизации люди стали задумываться над вопросом о происхождении природных явлений, в том числе о происхождении всего сущего. В Древнем Египте жрецы умели

рассчитывать времена таких важных событий как разлив Нила, солнечные затмения и др. В Древнем Китае был изобретен первый сейсмограф, позволявший фиксировать предвестники землетрясений.

•В Средиземноморье за 1000 лет до Рождества Христова люди знали отличия между планетами и звездами. Они заметили, что положение звезд

остается постоянным относительно друг друга и вся система звезд медленно вращается относительно одной точки. Планеты быстро

перемещаются относительно звездной системы и друг друга по сложным трассам. Термин «планета» произошел от греческого слова “planes”, которое означает «странник», «скиталец». Но люди Древней Греции не понимали, что сама Земля – тоже планета. Были представления о том, что Земля – это слабовыпуклый диск с сушей в середине и водой но окраинам.

Этот диск расположен в центре небесной сферы – купола на котором расположены звезды. Философы предлагали разнообразные объяснения природы Солнца: горящая чаша с маслом; шар раскаленного железа и др. Движение небесных тел связывалось с деятельностью богов.

Геоцентрическая и гелиоцентрическая

vk.com/club152685050модели| устройстваvk.com/id446425943Вселенной

• Около 600 г.до нашей эры греческие философы

разработали геоцентрическую модель устройства Вселенной, в которой Земля неподвижно располагалась в центре, а другие небесные тела описывали правильные окружности вокруг центра (правильные окружности рассматривались греками как идеальные геометрические формы).

• Около 250 г.д.н.э. была предложена гелиоцентрическая модель устройства Вселенной. Но

эта модель не получила широкой поддержки и развития.

• Великий астроном, математик и географ Птолемей (родился и жил в Александрии Египетской -100-168 г.г.н.э.) создал первую математическую теорию

планетных движений – геоцентрическую систему мира. Он систематизировал все знания Древнего мира в области астрономии в 13-томном «Альмагесте».

Труд содержит описание движения семи известных планет (Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн) и звездного неба. Звездный каталог включал 1022 звезды (до 4-й величины), входящих в 12 зодиакальных созвездй. , 21 созвездия Северного полушария и 15-ти Южного полушария. Описание

сопровождается таблицами для выполнения расчетов реконструкции небесных тел в прошлом и будущем.

• Альмагест сначала переняли арабы, а от них – европейцы.

•

Геоцентрическая модель

Гелеоцентрическая модель

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943Эпоха Возрождения

•Церковные иерархи Европы приняли модель Птолемея в качестве догмы, т.к. Земля занимала наиболее важное

место в устройстве Вселенной.

•После падения Рима в 476 г.н.э. в Европе и Малой Азии наступили т.н. «средние века» и почти на тысячу лет наука прекратила свое развитие. Критика и

сомнения в модели Птолемея рассматривались церковью как ересь.

•В пятнадцатом веке наступил новый этап в в политической и культурной жизни Европы.

•Николай Коперник (1473-1543) заново открыл и обосновал гелиоцентрическую концепцию Солнечной системы. Он родился в Польше. Учился в Краковском университете. В возрасте 23 года уехал на учебу в Италию, где изучал юриспруденцию, медицину, теологию. Вернувшись в 1504 г. в Польшу, он в течении 25 лед работал над своим фундаментальным пятитомным трудом «Об обращениях небесных сфер». Космологическая

концепция Коперника исходит из предположения о том, что Земля – одна из планет, вращающихся вокруг Солнца. В работе приводится большое число

расчетов, обосновывающих правомерность гелеоцентрической модели Вселенной.

•В 1533 г. Коперник представил свою работ у папе Клементию VII. Работа увидела свет в 1543 г., когда автор был уже при смерти.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943Эпоха Возрождения

• Основы концепции Птоломея были в значительно большей степени подорваны астрономами Иоганном Кеплером (1571-1630) и Галилеем (1564-1642).

Кеплер показал, что планеты двигаются по эллиптическим орбитам и продемонстрировал, что расчеты Поломея (база геоцентрической концепции) ошибочны.

Галилео Галилей родился в Пизе в 1564 г. Обучался на медицинском факультете; далее увлекся математикой. В возрасте 25 лет стал профессором математики Пизанского университета, затем – Падуанского.

После знакомства с гелиоцентрической моделью Коперника он полностью ее принял, но вынужден был преподавать модель Птоломея.

В 1609 г. была изобретена подзорная труба. Используя этот прибор, Галилей обнаружил: - Горы и кратеры Луны; - Пятна на Солнце;

- Венера имеет фазы, как наша Луна (особенность, которая возможна если Венера двигается по орбите вокруг Солнца);

- Юпитер имеет собственные спутники, что показало, что имеются небесные тела, которые вращаются не вокруг Земли.

В 1610 г. Галилей опубликовал результаты наблюдений в «Звездном вестнике». В 1615 г. Галилей предстал перед Священной инквизицией. Церковные власти обвинили Галилея в ереси и заставили отказаться от гелеоцентрической модели. На многие годы он вынужден отойти от проблем астрономии. После встречи с папой Урбаном VIII (1624 г) он

подготовил и представил труд «Диалог о двух системах Мира – птоломеевской и коперниковой». В 1633 г. он вновь предстал перед Священной инквизицией и отрекся от своих убеждений. Он был выслан виллу Аргетри близ Флоренции, где провел под домашним арестом последние 10 лет жизни он.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Эпоха Возрождения

•В год смерти Галилея родился величайший ученый сэр Исаак Ньютон (1643-1727). Ньютон открыл

фундаментальные законы гравитации и механики, и т.о. разработал

инструменты, позволяющие объяснить действие физических механизмов в природе.

•В результате этих открытий люди впервые в истории получили четкое объяснение движения планет. Земля

перестала быть центром Вселенной, превратившись в одну из планет, вращающихся вокруг Солнца.

Современныеvk.com/club152685050 | vk.com/id446425943представления о формировании

Вселенной

•Астрономическими наблюдениями установлено, что Вселенная расширяется.

•В соответствии с теорией

Большого взрыва все пространство, время и материя родились 13.7 млрд лет назад.

Вся Вселенная была невероятно крошечной

(меньше атомного ядра) и горячей.

•По не вполне понятной причине в момент Большого взрыва (13.7 млрд. лет назад ) точка взорвалась. После этого Вселенная постоянно расширялась.

vk.com/club152685050Большой| vk.com/id446425943взрыв

•Первые 10-43 сек (планковский момент) господствовала квантовая физика. Вселенная была столь маленькой, плотной и горячей (1028 град С), что

она состояла полностью из энергии – атомы или даже меньшие -

субатомарные частицы, из которых формируются атомы, не могли существовать

•Через мельчайшую долю секунды Вселенная представляла собой короткоживущие частицы, которые непрерывно создавались и уничтожались, сталкиваясь между собой.

•Т.к. расширение происходило со скоростью близкой к скорости света, то к концу 1-й секунды плотность (m/V) Вселенной уменьшилась в 1015 раз до

плотности воды. В этих условиях первые протоны и электроны могли сформироваться. Т.к. один протон формирует ядро атома водорода (самого маленького атома), то водород – наиболее распространенное вещество

Вселенной.

Первые 10-43 сек – планковский момент – господствовала квантовая физика.