Chủ đề một số vấn đề về trái đất và thạch quyển

Từ kết quả phõn tớch, cỏc nhà Thiờn văn họcđó khẳng định tớnh đỳng đắn của thuyết tinh võn về nguồn gốc hệ Mặt trời:- Dưới tỏc động của lực hấp dẫn tinh võn liờn kết thành đĩa.- Sự co rỳ

TRÁI ĐẤT TRONG HỆ MẶT TRỜI

Vị trí, hình dạng, kích thước, cấu tạo vật chất của Trái đất

1.1.1 Vị trí Trái đất trong vũ trụ

Vũ trụ là khoảng không gian vô tận chứa các thiên hà Mỗi thiên hà chứa hàng trăm tỉ ngôi sao và các thiên thể khác cùng với khí, bụi, bức xạ điện từ trường

1.1.1.2 Một số thuyết về nguồn gốc vũ trụ

- Thalet (thế kỉ VII- VI TCN) cho rằng nước là nguyên tố cơ bản của vũ trụ, nước luôn vận động nhưng không thay đổi và hoà tan mọi vật Vì vậy, nước là nguồn gốc của vũ trụ

- Theo Aristot (384- 322 TCN) , vũ trụ được tạo nên bởi sự vận động của đất, nước, lửa, khí Trái đất là trung tâm của vũ trụ

- Người Trung Quốc, theo thuyết ngũ hành ; vũ trụ được cấu tạo bởi các yếu tố: kim, mộc, thuỷ, hoả, thổ

- Thuyết Big bang “Vụ nổ lớn” ( G.Le Maitre):

Theo thuyết Big Bang, vũ trụ bắt đầu rất nhỏ, đặc và nóng, chỉ có ánh sáng và các hạt cơ bản, đây là những thành phần cơ bản của hạt nhân nguyên tử Trong vũ trụ ban đầu, ánh sáng tồn tại dưới dạng những tia gamma, không nhìn thấy được bằng mắt thường nhưng có khả năng xuyên qua mọi vật thể Các hạt cơ bản được tạo ra từ những tia gamma, mỗi khi tia gamma tạo ra hạt cơ bản đồng thời tạo ra một phản hạt có điện tích trái dấu với hạt cơ bản Khi phản hạt và hạt cơ bản gặp nhau lại tạo ra tia gamma

Khi quan sát các thiên hà, các nhà thiên văn nhận thấy các thiên hà ngày càng cách xa chúng ta và cách xa nhau; toàn bộ không gian vũ trụ được lấp đầy bởi bức xạ vô tuyến nhiệt độ cao, từ đó các nhà khoa học đưa ra mô hình lý thuyết vũ trụ chúng ta sinh ra từ một “vụ nổ lớn” (Big Bang) Vụ nổ lớn xảy ra cách đây 13-15 tỷ năm, cùng lúc các hạt vật chất tách ra khỏi nhau kèm theo một lượng nhiệt rất lớn, khoảng 100 tỷ độ và giảm nhanh theo thời gian: giảm xuống 30 tỷ độ sau 1/10 giây, 10 tỷ độ sau 1 giây… đủ để các hạt notron và proton liên kết thành các hạt nhân hydro Nhiệt độ tiếp tục giảm xuống sau vài ngàn năm, đủ thấp để các nguyên tử hydro và heli tích tụ thành các đám khí, rồi do lực hấp dẫn tích tụ dần thành các ngôi sao và thiên hà.Không gian tiếp tục giãn nở

Vũ trụ sinh ra từ vụ nổ lớn được nhiều nhà khoa học chấp nhận, nhưng vũ trụ kết thúc như thế nào thì chưa thống nhất:

- Thuyết Vũ trụ mở cho rằng vũ trụ giãn nở mãi cho đến khi mật độ khối lượng vũ trụ dưới 3 nguyên tử/m 3 , các thiên hà, siêu thiên hà trở thành các hố đen và cuối cùng các hố đen biến mất cùng lúc vũ trụ không còn tồn tại

- Thuyết Vũ trụ đóng cho rằng sau khi giãn nở khoảng 40 tỷ năm, khi mật độ khối lượng vũ trụ dưới 6 nguyên tử/m 3 , lúc đó lực hấp dẫn cân bằng với lực giãn nở và lớn hơn để kéo các thiên hà lại gần nhau, quá trình này xảy ra trong vòng 100 tỷ năm để vũ trụ trở lại trạng thái ban đầu của vụ nổ lớn Sau đó tiếp tục giãn nở theo vòng tuần hoàn kéo dài khoảng 150 tỷ năm

Như vậy, theo thuyết Big Bang, 13-15 tỷ năm trước, sau một thời gian vũ trụ lạnh đi và các nguyên tử được hình thành (hydrogen 98%, helium 2%) và chúng tập hợp thành tinh vân do lực hấp dẫn Tinh vân được cấu tạo chủ yếu bằng hydrogen (nguyên tố nhẹ nhất)

Hình 1.1 Sơ đồ lý thuyết Big Bang

* Những ngôi sao đầu tiên được hình thành:

- Tinh vân kết tụ thành ngôi sao nguyên thủy, áp suất và nhiệt độ tăng + Nhiệt độ tăng, ngôi sao nguyên thủy bắt đầu nóng chảy

Hydrogen + Hydrogen => Helium + năng lượng

(Khi nóng chảy một phần khối lượng chuyển thành năng lượng: E = mc 2 (E: năng lượng, m: khối lượng, c: tốc độ ánh sáng trong chân không (c~3.108 m/s) Công thức này có nghĩa là một hạt có khối lượng m bất kì đều có năng lượng là: mc 2 ).

- Các ngôi sao lớn có thể bị nổ tung sau khi các nguyên tố bị nóng chảy hoàn toàn.

- Các nguyên tố nặng hơn sắt được hình thành trong quá trình xảy ra vụ nổ lớn.- Những nguyên tố mới được hình thành tạo ra đám tinh vân mới Những ngôi sao mới được hình thành từ những đám tinh vân này, chẳng hạn như Mặt trời.

Hình 1.2 Đám mây khí trong vũ trụ Tinh vân được cấu tạo chủ yếu bằng hydrogen

* Các giả thuyết về nguồn gốc hệ Mặt trời:

Năm 1755, Kant (nhà triết học người Đức thế kỷ XVIII) cho ra đời cuốn sách

“Lịch sử tự nhiên và thuyết về bầu trời” đã nêu giả thuyết: hệ Mặt trời được hình thành từ đám tinh vân (bụi vũ trụ) chuyển động hỗn loạn; do lực hấp dẫn vũ trụ, bụi vũ trụ chuyển động và tích tụ thành hệ Mặt trời.

Trên cơ sở giả thuyết của Kant, năm 1796 Laplace (nhà Toán học và Thiên văn học người Pháp) xây dựng giả thuyết về nguồn gốc hệ Mặt trời Theo Laplace hệ Mặt trời được hình thành từ tinh vân vũ trụ khổng lồ có nhiệt độ cao và quay quanh trục. Khi nguội tinh vân giảm thể tích, dẹt lại và quay nhanh hơn (định luật bảo toàn động lượng) Vật chất xa trục lực ly tâm sẽ lớn, khi lực ly tâm thắng lực hấp dẫn, vật chất sẽ tách ra tiếp tục quay hình thành các hành tinh vệ tinh và tiểu hành tinh, vật chất còn lại ở giữa hình thành Mặt trời.

Năm 1950 nhà khoa học Liên Xô cũ đưa ra giả thuyết mới về nguồn gốc hệ Mặt trời Theo giả thuyết này, Mặt trời chuyển động quanh tâm thiên hà và gặp đám tinh vân (bụi khí vũ trụ) ban đầu lạnh, quay tương đối chậm Trong quá trình vận động các hạt bụi va chạm lẫn nhau làm cho động năng chuyển thành nhiệt năng, kết quả là các hạt bụi nóng lên và dính kết vào nhau, khối lượng của đám tinh vân giảm, vận tốc tăng và sự chuyển động đi vào trật tự, đám tinh vân có hình dẹt với các vành xoắn ốc. Các vành bên ngoài kết tụ lại do lực hấp dẫn hình thành các hành tinh Do tác dụng của bức xạ nhiệt, vật chất của các hành tinh bên trong có khối lượng nhỏ nhưng trọng lượng lớn và ngược lại.

Trong những năm gần đây, nhờ những thành tựu của Thiên văn học, nhất là hệ thống kính thiên văn vũ trụ Huble, kính thiên văn khổng lồ VLT ở Chilê, kính thiên văn vô tuyến Arecibo ở Pooctô Ricô, chụp được quá trình hình thành hệ thống sao Beeta Pictoris, Fomalhaut, HR 4796A và Vega Từ kết quả phân tích, các nhà Thiên văn học đã khẳng định tính đúng đắn của thuyết tinh vân về nguồn gốc hệ Mặt trời:

- Dưới tác động của lực hấp dẫn tinh vân liên kết thành đĩa.

- Sự co rút làm cho đĩa tinh vân quay.

- Vật chất tập trung ở trung tâm - hình thành Mặt trời nguyên thủy (proto-Sun).

- Mặt trời nguyên thủy trở nên đặc, nóng và làm vật chất nóng chảy.

- Khi đĩa trở nên lạnh, một bộ phận khí nóng chuyển thành chất rắn.

- Một phần nhỏ vật chất liên kết với nhau Các hạt (Grains), khối (boulders), tiểu hành tinh (planetesimals), hành tinh (planets) được hình thành.

- Các hành tinh bên trong và bên ngoài phát triển theo các cách khác nhau.

Hình 1.3 Giả thuyết Tinh vân (Nebular hypothesis) Vật chất tập trung ở trung tâm hình thành Mặt trời nguyên thủy (proto-Sun)

1.1.1.3 Đặc điểm của vũ trụ

- Vũ trụ là thống nhất, không có giới hạn về không gian và thời gian, được cấu tạo bởi hầu hết các nguyên tố hóa học có trong bảng phân loại tuần hoàn Mendeleev.

- Trái đất là một hành tinh của hệ Mặt trời.

- Hệ Mặt trời là một bộ phận của hệ Ngân hà (Milky way Galaxy).

- Hệ Ngân hà có dạng thấu kính, với đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng, chiều dày trung tâm khoảng 12.000 năm ánh sáng Hệ Mặt trời cách trung tâm hệ Ngân hà 30.000 năm ánh sáng.

- Hệ Ngân hà quay quanh trục theo hướng ngược chiều kim đồng hồ với chu kỳ

- Hệ Ngân hà cũng chỉ là bộ phận của hệ Siêu ngân hà.

- Vũ trụ được cấu tạo bởi rất nhiều hệ siêu Ngân hà.

Hệ Mặt trời bao gồm:

Các vận động của Trái đất

1.2.1 Vận động tự quay quanh trục của Trái đất

Hằng ngày, chúng ta thấy Mặt trời mọc ở đằng Đông, lặn ở đằng Tây, ban đêm thấy sao dịch chuyển trên bầu trời, dẫn đến xuất hiện hai thuyết: a Thuyết Địa tâm hệ cuả Ptôlêmê, thế kỷ II, cho rằng Trái đất là trung tâm vũ trụ, Mặt Trời và các thiên thể quay quanh Trái đất. b Thuyết Nhật tâm hệ của Nicôlai Côpecnic, thế kỷ XVI, cho rằng Mặt Trời là trung tâm vũ trụ, Trái đất và các hành tinh quay quanh Mặt Trời.

- Vận động tự quay của Trái đất là quy luật chung của các hành tinh, tham gia vào việc hình thành và tồn tại của Trái đất.

- Trong quá trình vận động tự quay, trục Trái đất luôn nghiêng về một phía không đổi, độ nghiêng của trục so mặt phẳng hoàng đạo một góc = 66 o 33’.

- Tốc độ chuyển động ở các vĩ độ khác nhau Vận tốc tự quay lớn nhất là ở xích đạo: V = 464m/s; càng về cực tốc độ càng giảm, tại cực V = 0.

Công thức tính tính tốc độ tự quay của Trái đất ở các vĩ độ:

(R: bán kính Trái đất: 6.378.160m; φ: Vĩ độ địa lý; T: thời gian 1 ngày đêm: 86.400”)

- Khoảng thời gian vận động tự quay một vòng quanh trục theo qui ước: 24 giờ.

- Chiều chuyển động của của Trái đất: ngược kim đồng hồ, từ Tõy sang Đụng (nhìn từ cực Bắc xuống).

* Các hệ quả địa lý của sự vận động tự quay quanh trục:

- Sự điều hoà nhiệt độ ngày đêm.

- Vận động tự quay quanh trục của Trái đất là cơ sở để xây dựng hệ toạ độ địa lý trên Trái đất.

- Sự phân chia giờ trên Trái đất và đường chuyển ngày quốc tế.

- Làm phát sinh lực Côriôlit (lực làm lệch hướng mọi vật thể chuyển động trên quả địa cầu đang quay).

1.2.2 Vận động của Trái đất quay quanh Mặt trời

- Trái đất vận động quanh Mặt trời theo một quỹ đạo hình elip gần tròn, đường chuyển động của Trái đất quanh Mặt trời gọi là đường hoàng đạo, trong đó Mặt trời là tiêu điểm.

- Chiều chuyển động từ Tây sang Đông (ngược chiều kim đồng hồ).

- Vận tốc chuyển động tương đối lớn, trung bình 29,8 km/s.

- Thời gian chuyển động một vòng trên quỹ đạo: 365 ngày 5 giờ 48 phút 46 giây

- Vì quỹ đạo chuyển động có hình elip nên có thời kỳ Trái đất ở xa Mặt trời (điểm viễn nhật, ngày 5/7, Trái đất cách Mặt trời: 152 triệu km), có thời kỳ Trái đất ở gần Mặt trời (điểm cận nhật, ngày 3/1, Trái đất cách Mặt trời: 147 triệu km) Khoảng cách trung bình giữa Trái đất và Mặt trời: 149,6 triệu Km (1 đơn vị thiên văn).

- Trong quá trình vận động quanh Mặt trời, trục Trái đất luôn nghiêng về một phía không đổi, độ nghiêng của trục so mặt phẳng hoàng đạo một góc: 66 o 33’, dẫn đến có thời kỳ bán cầu Bắc nghiêng về phía Mặt trời và ngược lại.

1.2.2.1 Trái đất chuyển động trên quỹ đạo theo định luật Keppler

- ĐL 1 Các hành tinh chuyển động quanh Mặt trời theo quỹ đạo elip mà Mặt trời nằm tại 1 trong 2 tiêu điểm: r = p/(1+e.cosv)

- ĐL 2 Bán kính vectơ của mỗi hành tinh quét những diện tích bằng nhau trong khoảng thời gian bằng nhau: r 2 = dv/dt = C

- ĐL 3 Bình phương chu kỳ chuyển động của hành tinh quanh Mặt trời tỷ lệ với lập phương bán trục lớn của quỹ đạo elip:

Hình 1.5 Sơ đồ quỹ đạo chuyển động của các hành tinh

Theo ĐL 2 của Keppler: Trong thời gian T: SA = SB = SC

Như vậy: VA< VB < VC Do đó, ở Bắc cực: toàn đêm chỉ có 179 ngày; toàn ngày lên đến: 186 ngày. Ở Nam cực: toàn đêm là: 186 ngày; toàn ngày chỉ có: 179 ngày.

1.2.2.2 Các hệ quả địa lý của sự chuyển động quay quanh Mặt trời của Trái đất a Sự thay đổi các mùa trong năm

Mùa là một phần thời gian của năm, nhưng có những đặc điểm riêng về thời tiết và khí hậu Những đặc điểm này phụ thuộc vào lượng bức xạ Mặt Trời trên một đơn vị diện tích bề mặt đất, cũng như độ dài ngày so với đêm Sở dĩ có sự khác biệt về lượng bức xạ Mặt Trời và độ dài ngày đêm tại mọi địa điểm trên Trái Đất là do trục Trái Đất nghiêng và không đổi hướng trong khi Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo. Đó chính là nguyên nhân sinh ra các mùa trên Trái Đất Ở các nước vùng ôn đới, sự phân hoá bốn mùa xuân, hạ, thu, đông rất rõ rệt.

Hình 1.6 Các mùa trong năm

Mùa Xuân Mùa Hạ Mùa Thu Mùa Đông

Mặt Trời di chuyển biểu kiến từ xích đạo (21/3) lên Chí tuyến Bắc

(22/6) Lượng nhiệt bức xạ Mặt

Trời tăng dần, ngày dài ra Song vì mặt đất vừa bị toả nhiệt rất mạnh trong suốt mùa đông, nay mới bắt đầu được tích luỹ, nên nhiệt độ chưa cao, tiết trời ấm dần lên.

+ Mùa hạ từ 22/6 đến 23/9 Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ Chí uyến Bắc (22/6) về xích đạo (23/9).

Mặt đất không những đã tích luỹ được một lượng nhiệt lớn trong mùa xuân, mà còn nhận thêm được một lượng ức xạ lớn, nên nhiệt độ mặt đất và không khí tăng cao, tiết trời nóng nực.

+ Mùa thu từ 23/9 đến 22/12 Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ ích đạo (23/9) về Chí tuyến Nam

(22/12) Lượng nhiệt giảm dần do góc hập xạ ở Bắc bán cầu giảm đi, dự trữ nhiệt ở mặt đất cũng giảm Tuy hiên, tiết trời vẫn còn ấm áp.

+ Mùa đông từ 22/12 đến 21/3. Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ Chí tuyến Nam (22/12) lên xích đạo (21/3) lượng nhiệt tuy có tăng dần nhưng mặt đất đã tiêu hao hết lượng nhiệt dự trữ, vì vậy mặt đất và không khí trở nên rất lạnh. b Sự chuyển động biểu kiến của Mặt trời giữa hai chí tuyến

Vận động biểu kiến là vận động nhìn thấy bằng mắt nhưng không có thật mặt trời và nhiều thiên thể khác đã tham gia và vận động này.

Trong quá trình chuyển động của Trái Đất trên quỹ đạo quanh Mặt Trời, do trục Trái Đất luôn nghiêng như nói ở trên, nên từ 22/3 đến 22/9, bán cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời, từ 24/9 đến 20/3 bán cầu Nam ngả về phía Mặt Trời Cũng với độ nghiêng đó nên phạm vi giữa vĩ độ 23°27′B và 23°27'N là giới hạn xa nhất mà tia nắng Mặt Trời có thể tạo được góc 90° với tiếp tuyến ở bề mặt đất lúc 12 giờ trưa (hiện tượng Mặt Trời lên thiên đỉnh) Vì vậy đứng ở bề mặt đất ta thấy hằng năm dường như Mặt Trời chỉ di động giữa hai chí tuyến Đó là sự vận động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời.

+ Vào ngày 21/3 trục nghiêng của Trái Đất không quay đầu nào về phía Mặt Trời do đó tia sáng Mặt Trời chiếu vuông góc với tiếp tuyến của bề mặt đất tại xích đạo vào lúc 12 giờ trưa Ngày 21/3 được gọi là Xuân phân Sau ngày này, Mặt Trời di chuyển dần lên phía Bắc.

+ Tới ngày 22/6 lúc 12 giờ trưa, tia nắng Mặt Trời chiếu vuông góc với tiếp tuyến của bề mặt đất ở vĩ độ 23° 27'B Vĩ tuyến 23° 27′B đó được gọi là Chí tuyến Bắc Ngày 22/6 gọi là Hạ chí Sau đó Mặt Trời lại di chuyển dần về phía xích đạo.

+ Vào ngày 23/9, trục nghiêng của Trái Đất một lần nữa không quay đầu nào về phía Mặt Trời, vì vậy tia nắng Mặt Trời lại chiếu vuông góc với tiếp tuyến của bề mặt đất tại xích đạo lúc 12 giờ trưa Ngày 23/9 được gọi là ngày Thu phân Sau ngày này Mặt Trời di chuyển dần xuống phía Nam.

+ Ngày 22/12 lúc 12 giờ trưa, tia nắng Mặt Trời chiếu vuông góc với tiếp tuyến tại bề mặt đất ở vĩ độ 23° 27'N Vĩ tuyến 23° 27'N được gọi là Chí tuyến Nam Ngày 22/12 được gọi là Đông chí Sau ngày Đông chí, Mặt Trời lại trở về xích đạo.

Hình 1.7 Chuyển động biểu kiến của Mặt trời trong năm c Hiện tượng ngày và đêm dài, ngắn khác nhau theo mùa

+ Từ 21/3 đến 23/9: ngày dài hơn đêm

+ Ngày 21/3: mọi nơi ngày bằng đêm = 12 giờ.

+ Ngày 22/6: thời gian ngày dài nhất.

- Mùa thu và mùa đông:

+ Từ 23/9 đến 21/3 năm sau: ngày ngắn hơn đêm.

+ Ngày 23/9: mọi nơi ngày bằng đêm = 12 giờ.

+ Ngày 22/12: thời gian ngày ngắn nhất

 Ở Nam bán cầu thì ngược lại.

Hình 1.8 Sơ đồ chuyển động của Trái đất quanh Mặt trời Giải thích:

- Từ sau ngày 21 - 3 đến trước ngày 23 - 9, bán cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời nhiều hơn Ngược lại, từ sau ngày 23 - 9 đến trước ngày 21 - 3, bán cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời nhiều hơn Bán cầu nào ngả về phía Mặt Trời nhiều hơn sẽ có ngày dài, đêm ngắn Ngược lại, bán cầu nào ngả về phía Mặt Trời ít hơn sẽ có ngày ngắn, đêm dài.

Cấu trúc của Trái Đất

1.3.1 Một số phương pháp nghiên cứu cấu trúc của Trái Đất

- Phương pháp quan sát trực tiếp, thông qua:

+ Mặt cắt địa chất ở hầm mỏ.

+ Các vết lộ tự nhiên.

+ Sự phun trào núi lửa.

Các phương pháp này chỉ cho phép nghiên cứu cấu trúc của lớp vỏ Trái đất. Muốn nghiên cứu cấu trúc sâu bên trong Trái đất, phải sử dụng phương pháp gián tiếp, suy đoán.

+ Phương pháp địa chấn: Dựa vào tốc độ lan truyền sóng trong lòng Trái đất khi có các vụ nổ nhân tạo: sóng dọc (sóng P); sóng ngang (sóng S); sóng trên mặt (sóng L).

+ Phương pháp đo trọng lực.

1.3.2 Cấu trúc bên trong của Trái đất

- Vỏ Trái đất, gọi là quyển SiAl, là lớp ngoài cùng của Trái đất, nằm trên mặt Môkhô, chiếm 1% thể tích và 0,5% khối lượng Trái đất.

Thành phần vật chất chủ yếu là oxy, silic và nhôm Vỏ Trái đất có độ dày và cấu tạo khác nhau, giảm dần từ vùng núi nội địa ra đại dương Vùng núi Trung Á dày trung bình 50-60 km, ở đồng bằng 35-40 km, ở đại dương 5-10km.

Vỏ Trái đất có cấu tạo không đồng nhất Có 2 kiểu vỏ Trái đất ứng với lục địa và đại dương.

+ Kiểu vỏ lục địa, dày trung bình 30 - 40 km, ở miền núi 70 - 80km, có cấu tạo 3 tầng Tầng trên là tầng trầm tích dày khoảng 10km; tầng giữa là tầng Granit dày 10 - 40km, tầng dưới là Bazan Vỏ lục địa chủ yếu là kiểu vỏ Granit.

+ Kiểu vỏ đại dương, dày trung bình 6 - 15 km; có cấu tạo 2 tầng, không có tầng Granit, bên trên là tầng trầm tích, dưới là tầng Bazan Vỏ đại dương chủ yếu là kiểu vỏ Bazan.

+ Ngoài ra còn có kiểu vỏ á đại dương, có tầng trầm tích dày 14 - 15 km, nằm ở rìa các lục địa. Ứng với 2 kiểu vỏ trên là 2 loại địa hình cấp hành tinh: Địa hình bề mặt các lục địa và đáy đại dương

- Quyển Manti: Nằm ở phía dưới vỏ Trái đất, đến độ sâu 2.900 km, chiếm 83% thể tích và 67% khối lượng Trái đất Thành phần vật chất chủ yếu là silic, manhê nên được gọi là quyển SiMa Quyển Manti được phân thành 3 lớp:

+ Manti trên đến độ sâu 400km, vật chất ở trạng thái mềm, nóng chảy Hoạt động của các lò macma, núi lửa xảy ra ở vùng này Sự di chuyển vật chất trong quyển Manti theo chiều ngang kéo theo sự trôi các lục địa của vỏ Trái đất

+ Manti giữa, đến độ sâu 900km.

+ Manti dưới đến độ sâu 2.900km

- Nhân Trái đất: Từ độ sâu 2.900km đến tâm Trái đất, chiếm 16% thể tích và 31% khối lượng Trái đất Thành phần vật chất chủ yếu là sắt và niken nên được gọi là quyển NiFe; bao gồm 3 lớp: nhân ngoài, độ sâu 2.900km đến 5.000km; lớp chuyển tiếp và nhân trong.

Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc bên trong Trái đất

Sự phân bố lục địa và đại dương trên bề mặt trái đất

Trái đất có diện tích 510,2 triệu km 2 ; trong đó, diện tích lục địa: 149 triệu km 2 ,chiếm 29% Lục địa là những bộ phận nổi rộng lớn, là địa khối cân bằng đẳng tĩnh của vỏ Trái đất Lúc đầu, chỉ có một lục địa là nền cổ Pangea, về sau tách ra 2 lục địa: Gondwana và Laurasia Trải qua các giai đoạn phát triển của Trái đất, 2 lục địa này đã tách thành 6 lục địa như hiện nay

Có 6 lục địa (không tính diện tích đảo): Á - Âu, diện tích 50,7 triệu km 2 ; Phi: 29,2 triệu km 2 ; Bắc Mỹ: 20,3 triệu km 2 ; Nam Mỹ: 18,1 triệu km 2 ; Nam Cực: 13,9 triệu km 2 ; Australia: 7,6 triệu km 2 Giữa các lục địa có các ranh giới tự nhiên (biển, đại dương, núi cao) hoặc do quy ước.

Các châu lục là khái niệm mang tính chất văn hoá - lịch sử, dựa vào quá trình phát kiến các vùng đất đai trên thế giới Có 6 châu lục (bao gồm các đảo): châu Á (Asia): 43,6 triệu km 2 ; châu Âu (Europe): 10 triệu km 2 ; châu Phi (Africa): 30 triệu km 2 ; châu Mỹ (America): 42,5 triệu km 2 , châu Nam Cực (Antarctica): 14,6 triệu km 2 , châu Đại dương (Australia): 8,9 triệu km 2

1.4.2 Đại dương Đại dương thế giới có diện tích: 361 triệu km 2 , chiếm 71% diện tích Trái đất Các đại dương liên thông với nhau tạo nên hệ thống đại dương thế giới Dựa vào đặc điểm nhiệt độ, độ mặn, thuỷ triều, dòng biển có thể phân thành 5 đại dương: Thái Bình Dương (Pacific Ocean): 179,6 triệu km 2 ; Đại Tây Dương (Atlantic Ocean): 93,4 triệu km 2 ; Ấn Độ Dương (Indian Ocean): 74,9 triệu km 2 ; Bắc Băng Dương (Arctic Ocean):13,1 triệu km 2 ; Nam Đại Dương (Southern Ocean): 20,3 triệu km 2 Ranh giới giữa các đại dương mang tính quy ước. Đường bờ của các đại dương giáp các lục địa, phụ thuộc địa hình lục địa, thường uốn khúc, khúc khuỷu, ăn sâu vào lục địa tạo nên các biển, eo biển và các vũng, vịnh. Các biển được chia thành biển ven bờ, biển giữa đất liền, biển nội địa.

1.4.3 Các quy luật phân bố lục địa và đại dương

- Phần lớn diện tích bán cầu Bắc là lục địa (lục địa: 39,4%; đại dương: 61,6%) Ở bán cầu Nam chủ yếu là đại dương (lục địa: 19%; đại dương: 81%)

- Sự phân bố các lục địa và đại dương có tính chất đối xứng qua tâm Trái đất hay có tính đối chân ngược nhau Nếu bên này là lục địa thì bên kia là đại dương Ví dụ: Bắc Băng Dương đối xứng với lục địa Nam Cực; Bắc Mỹ đối xứng với Ấn Độ Dương Thể hiện quy luật tính cân bằng của vật chất trên bề mặt Trái đất đang quay.

- Hầu như các lục địa đều có dạng hình nêm hay tam giác, có đáy quay về hướng Bắc, đỉnh nhọn về hướng Nam Ví dụ, lục địa Nam Mỹ, Phi.

- Các lục địa trên bề mặt Trái đất được phân bố thành 2 dải khác nhau:

+ Dải bắc: lục địa Á-Âu, Bắc Mỹ; có đường bờ phức tạp, kéo dài từ vĩ độ nhiệt đới đến cận cực

+ Dải gần xích đạo: lục địa Nam Mỹ, Phi, Úc; có đường bờ đơn giản, phân bố chủ yếu trong phạm vi cận nhiệt đới và nhiệt đới.

- Các đại lục phân bố có dạng “tia lục địa” tạo thành từng đôi đại lục, gồm 3 tia:Bắc Mỹ với Nam Mỹ; Âu với Phi; Á với Úc.

Trái đất là hành tinh duy nhất trong hệ Mặt trời tồn tại và phát triển sự sống

1.5.1 Điều kiện xuất hiện sự sống trên Trái Đất

- Bức xạ Mặt Trời đảm bảo cung cấp nguồn năng lượng và lượng nhiệt cho sinh vật.

- Tốc độ tự quay vừa phải đảm bảo cho biên độ nhiệt độ giữa ngày và đêm không quá chênh lệch, tạo điều kiện cho sự sống tồn tại và phát triển.

- Khối lượng và kích thước của Trái Đất đủ lớn để đảm bảo cho sự tồn tại một lớp không khí dày và ổn định cần cho sự trao đổi chất giữa cơ thể với môi trường

- Lớp vỏ Trái Đất có độ dày vừa phải và ổn định để trên bề mặt lớp vỏ đó nội nhiệt của Trái Đất không thoát ra quá lớn, cho phép sự sống tồn tại.

Các tiền lệ trên giải thích quan điểm cho rằng Trái đất là hành tinh duy nhất trong hệ Mặt trời tồn tại và phát triển sự sống.

1.5.1.2 Quá trình phát sinh và phát triển của sự sống

Hiện có nhiều giả thuyết giải thích về nguồn gốc sự sống.

- Một số ý kiến cho rằng đã có sự sống ngoài Trái Đất, từ trong vũ trụ Ví dụ: các bào tử theo thiên thạch đến cư trú trên Trái Đất, từ đó tiến hoá và phát triển như ngày nay Giả thuyết này chưa lý giải được sự sống bắt nguồn từ đâu trong vũ trụ.

- Các nhà khoa học khác cho rằng sự sống phát sinh ở ngay trên bề mặt Trái Đất. Quan điểm này được nhiều người ủng hộ, một trong những học thuyết tiêu biểu là của viện sĩ A.I Oparin.

1.5.1.3 Các giai đoạn phát sinh và phát triển của sự sống

Khi nghiên cứu nguồn gốc của sự sống, viện sĩ A I Oparin đã phác họa lại các giai đoạn của quá trình phát triển như sau:

Giai đoạn thứ nhất, vào buổi sơ khai, trên Trái Đất đã diễn ra vô số những phản ứng của các tác động tương hỗ giữa cacbon, amôniăc và hơi nước mà kết quả của những phản ứng đó là sự xuất hiện các axit amin và axit nucleic Đó là những protit đơn giản và phức tạp đầu tiên Các chất này được tổng hợp nhờ có các hiện tượng phóng điện trong không trung, các hoạt động núi lửa và tia tử ngoại bức xạ từ MặtTrời

Việc hình thành các protit trên là một trong những giai đoạn quan trọng nhất của quá trình phát sinh sự sống: Giai đoạn tổng hợp các phân tử hữu cơ từ các chất vô cơ bằng con đường phi sinh vật.

Giai đoạn thứ hai là quá trình tập trung chất hữu cơ Đầu tiên, các hợp chất hữu cơ ngưng tụ thành các giọt nhỏ được gọi là côaxecva Các giọt này có đặc trưng hấp thu mạnh, có khả năng thu các vật chất có sẵn ở môi trường xung quanh Đây chính là hiện tượng trao đổi vật chất ban đầu Trong vô số trường hợp, các giọt keo này bị phá hủy vì thiếu ổn định Tuy nhiên, cũng có nhiều giọt có cấu trúc nội tại vững chắc làm cho chúng không những tồn tại được mà còn có khả năng sinh sản bằng cách phân chia, các giọt mới sinh lại phát triển và sinh sản tiếp tục Sự kiện này là một bước nhảy vì chính nhờ đó mà thành tạo côaxecva biến thành chất sống.

Các cơ thể đầu tiên này chưa hoàn chỉnh, chúng chưa có cấu trúc tế bào Phải trải qua một thời gian rất dài về sau này, khi cấu trúc tế bào ra đời, lúc này đánh dấu một giai đoạn quan trọng trong sự phát triển của sinh quyển.

Giai đoạn cuối của quá trình phát sinh của sự sống là xuất hiện quá trình sinh sản, nghĩa là xuất hiện cơ chế tự sao chép tạo ra những dạng giống nó và di truyền cho thế hệ sau những đặc điểm của thế hệ trước Đến lúc này, côaxecva mới biến thành những cơ thể sống đầu tiên

Những sinh vật hình thành từ côaxecva là những sinh vật dị dưỡng, sống và phát triển bằng hấp thu thức ăn sẵn có trong môi trường Nhưng về sau, nguồn thức ăn dần hiếm đi, lúc đó xuất hiện sinh vật tự dưỡng, có khả năng quang hợp.

Phương thức tự dưỡng ra đời đã đem đến những thay đổi căn bản trong sinh quyển, thúc đẩy sự sống phát triển nhanh và theo một chiều hướng khác Từ đây, các cơ thể sống bắt đầu phân chia thành thực vật và động vật Cũng do hiện tượng quang hợp mà lượng oxi tăng lên góp phần làm biến đổi thành phần hóa học của khí quyển, hình thành tầng ôzôn ngăn cản các tia tím, tạo điều kiện cho sự xuất hiện sinh vật trên cạn.

Theo thời gian, sự phát triển sinh quyển liên quan tới sự phân dị của tổ chức cơ thể sống, hệ thần kinh phát triển ở động vật và sự ra đời của cơ quan cảm giác Sinh vật bắt đầu thích nghi tốt hơn với các điều kiện của môi trường xung quanh và mở rộng diện phân bố trên bề mặt Trái Đất Hệ thần kinh xuất hiện dẫn tới sự phân hóa các mối quan hệ giữa cơ thể và môi trường, từ đây các cơ thể sống lan khắp mặt đất.Ngoài hiện tượng tự phát triển của sinh vật theo quy luật tiến hóa để hình thành nên quyển của sự sống, bản thân sinh quyển cũng phát triển tùy thuộc vào hướng thay đổi của các điều kiện địa lí tự nhiên mà lịch sử địa chất đã chứng minh.

Dự đoán về tương lai của Trái đất

1.6.1 Dự đoán về sự tồn tại của Trái đất trong Vũ trụ

Trong vòng 540 triệu năm qua, trái đất đã hứng chịu 5 cuộc đại hủy diệt và một nghiên cứu mới đây cho thấy, thảm hoạ lần thứ 6 này không còn xa.

Hãng tin RT, Science Alert cho hay, nhà địa vật lý, toán học Daniel Rothman của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã đưa ra dự báo trên sau khi nghiên cứu những cuộc hủy diệt trước

Theo tính toán của ông, thảm hoa diệt vong lần tới trên trái đất chỉ còn cách hiện nay 83 năm.

Dự báo đáng sợ này được đưa ra dựa trên một phân tích toán học mới về chu kỳ xoay vòng carbon của trái đất Theo đó, việc tính toán được tiến hành trên cơ sở dự báo lượng phát thải CO2 vốn đẩy chúng ta tiến dần đến "ngưỡng thảm họa" của hành tinh.

Nhà toán học từng nhận được nhiều giải thưởng này đã nghiên cứu sự thay đổi bất thường của chu kỳ carbon và nhận diện được hai "ngưỡng của thảm họa" Nếu như ngưỡng này bị vượt qua, nó sẽ làm rối loạn trật tự của chu kỳ, khiến môi trường bất ổn và dẫn tới diệt vong.

Theo đó, ngưỡng thứ nhất liên quan đến sự thay đổi của chu trình carbon trong khoảng hàng chục nghìn hoặc hàng triệu năm Một cuộc diệt vong sẽ xảy ra nếu tỷ lệ thay đổi trong chu trình carbon nhanh hơn mức hệ sinh thái toàn cầu có thể thích ứng.

Ngưỡng thứ hai liên quan đến kích cỡ hoặc độ lớn của dòng chảy carbon trong một thời gian ngắn hơn, cụ thể là thế kỷ trước.Theo ông Rothman, có một vấn đề nảy sinh. Đó là: "Làm thế nào bạn có thể so sánh những sự việc đã xảy ra trước đây với những gì xảy ra hiện giờ Vì thế, vào một ngày hè, tôi đã ngồi nghĩ về chuyện vấn đề hệ thống đó sẽ xảy ra thế nào?".

Rothman đã lục lọi khắp hàng trăm trang tài liệu địa vật lý để tìm ra một câu trả lời, phân lọai sự việc theo thời gian ngắn dài.

Trong suốt quá trình nghiên cứu, Rothman nhận diện được 31 trường hợp xảy ra trong hơn 42 triệu năm qua, trong đó có liên quan tới những thay đổi lớn của chu kỳ carbon Sau đó, Rothman đã lập ra được một công thức toán học để biết được tổng lượng carbon được đổ vào đại dương trong từng trường hợp.

Theo nhà nghiên cứu này, dựa trên mức độ gia tăng của carbon dioxide trong thế kỷ trước, có thể dự đoán cuộc hủy diệt lần thứ 6 sẽ xảy ra vào năm 2100.Những thông tin trong nghiên cứu của Rothman đã được đăng trên tạp chí Science Advances vào 20/9.

1.6.2 Dự đoán về hoạt động kiến tạo của Trái đất

Hoạt động của các mạng kiến tạo khá rõ ràng các khối đất liền kề có thể va chạm vào nhau hoặc trôi dạt ra xa nhau Bạn có thể ngạc nhiên về việc các quốc gia và lục địa gần đây đã ổn định như thế nào ở vị trí mà chúng ta biết ngày nay.

Chuyển động của mảng được ước tính thông qua nghiên cứu cấu hình địa từ, cung cấp dữ liệu về vị trí lịch sử của bề mặt đối với trục quay của Trái đất và các loại vật chất bị mắc kẹt trong các mẫu đá khớp các mảnh của các mảng địa chất trong quá khứ lại với nhau.

Khi các mảng kiến tạo di chuyển, nó ảnh hưởng đến khí hậu, thủy triều, hoạt động núi lửa, đời sống động vật và sự tiến hóa của chúng, sự hình thành kim loại, khoáng chất, v.v mọi thứ sống trên bề mặt.

Hiểu được những chuyển động và mô hình này là rất quan trọng nếu các nhà khoa học muốn dự đoán hành tinh của chúng ta sẽ ở được như thế nào trong tương lai và nơi chúng ta sẽ tìm thấy nguồn kim loại mà chúng ta cần Chúng ta cần đảm bảo một tương lai năng lượng sạch.

Nhà địa chất Sabin Zahirovic từ Đại học Sydney cho biết: “Hành tinh Trái đất cực kỳ năng động, với bề mặt của nó bao gồm các mảng liên tục xô đẩy nhau theo một cách độc đáo giữa các hành tinh đá đã biết Những mảng này di chuyển với tốc độ của một móng tay mọc ra, nhưng khi một tỷ năm cô đọng lại trong 40 giây, một vũ điệu mê hoặc xuất hiện, kết hợp theo định kỳ để tạo thành các siêu lục địa rộng lớn.Nhà địa chất học Dietmar Muller từ Đại học Sydney cho biết: “Nhóm của chúng tôi đã tạo ra một mô hình hoàn toàn mới về sự tiến hóa của Trái đất trong hàng tỷ năm qua Hành tinh của chúng ta là duy nhất theo cách riêng của nó tổ chức sự sống.Nhưng điều này chỉ có thể thực hiện được nhờ các quá trình địa chất, giống như kiến tạo mảng, cung cấp một hệ thống hỗ trợ sự sống cho hành tinh.”

THẠCH QUYỂN

Khái niệm

Thạch quyển hay còn gọi là quyển đá vì vật chất cấu tạo nên quyển này ở trạng thái cứng, gồm chủ yếu là các đá Có hai khái niệm liên quan đến thạch quyển.

2.1.1 Thạch quyển đồng nghĩa với khái niệm vỏ Trái Đất

Theo quan niệm này, thạch quyển là phần vỏ cứng ngoài cùng của Trái Đất, được ngăn cách với quyển Manti bên dưới bằng bề mặt Mohorovicic (Moho), ở đó tốc độ sóng chấn động dọc (Vp) và ngang (Vs) thay đổi đột ngột Bề dày vỏ Trái Đất thay đổi từ 5 đến 10 km ở đại dương và từ 20 đến 70 km ở lục địa, chiếm khoảng 15% thể tích và 1% trọng lượng toàn bộ Trái Đất Lớp này có tỉ trọng vật chất trung bình là 2,8g/cm³ Vỏ Trái Đất không đồng nhất theo chiều thẳng đứng và cả theo chiều nằm ngang; điều này được biểu hiện bằng các dị thường từ, dị thường trọng lực Sự không đồng nhất theo chiều thẳng đứng được thể hiện qua độ dày khác nhau ở mỗi khu vực mà chủ yếu là độ dày của lớp granit, và theo chiều nằm ngang được thể hiện qua sự không có mặt của lớp granit ở các nền đại dương.

Căn cứ vào thành phần vật chất và cấu tạo, vỏ Trái Đất được chia thành hai kiểu: vỏ lục địa và vỏ đại dương.

Hình 2.1 Cấu trúc của thạch quyển

Vỏ lục địa phân bố ở các lục địa và một phần dưới mực nước biển có bề dày trung bình 35-40km (ở miền núi cao đến 70-80km), cấu tạo gồm ba lớp: trên cùng là đá trầm tích cổ có bề dày 3-5km, tỉ trọng 1,8-2,5g/cm³, tốc độ truyền sóng chấn động là 3-5km/s Lớp granit ở giữa có bề dày 20-70km, tỉ trọng 2,5-2,7g/cm³, tốc độ truyền sóng chấn động là 5,5-6,0 km/s Dưới cùng là lớp bazan dày trung bình là 20km, tỉ trọng 2,7-3,9g/cm³, tốc độ truyền sóng chấn động là 6,1-7,0 km/s Mặt phân cách giữa lớp granit và bazan là mặt gián đoạn không liên tục (mặt Conrad).

Vỏ đại dương phân bố ở các nền đại dương, dưới tầng nước biển và đại dương, bề dày trung bình là 5-10km Từ trên xuống gồm ba lớp: Trên cùng là lớp trầm tích trẻ

(1) có bề dày từ 0m (ở vùng sống núi đại dương) đến vài km (vùng gần các lục địa), trung bình khoảng 300m, tỉ trọng 1,93-2,3g/cm³, tốc độ truyền sóng 2km/s Lớp bazan

(2) ở giữa có bể dày từ 1,7 ± 0,8km, tốc độ truyền sóng là 4-6 km/s, tỉ trọng là 2,59g/cm³ Dưới cùng (3) là lớp đại dương, thành phần là serpentin Chúng được hình thành do quá trình hydrat hóa của phần trên Manti Lớp này có bề dày 4,8 ± 1,4km, tốc độ truyền sóng chấn động là 6.7km/s, tỉ trọng là 2,95g/cm³.

2.1.2 Thạch quyển là phần cứng ngoài cùng của Trái Đất

Theo quan niệm này, thạch quyển là phần cứng ngoài cùng của Trái Đất so với phần vật chất nằm bên dưới được gọi là quyển mềm Về cấu tạo, thạch quyển bao gồm vỏ Trái Đất (đã trình bày ở trên) và phần cứng trên cùng của quyển Manti có độ dày tới 100km (theo Davis và Atwater - 1974) Phần cứng trên cùng của Manti có tốc độ truyền sóng chấn động (Vp) là 8 km/s, tỉ trọng 3,4 g/cm³.

Những kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy: Quyển mềm do trạng thái vật chất ở trạng thái nửa nóng chảy, nửa kết tinh, ít đặc hơn nên mật độ vật chất thay đổi ở từng khu vực do đó xuất hiện các dòng đi chuyển vật chất Theo quy luật chung, vật chất nóng chảy sẽ lỏng hơn, bị dấy lên rồi chảy rộng ra và tỏa nhiệt, sau đó trở nên ít lỏng hơn rồi sẽ lắng xuống sâu Vòng tuần hoàn này khi đi lên sẽ tác dụng vào thạch quyển dẫn tới hiện tượng nâng cao bề mặt Trái Đất (ở đại dương hình thành các sống núi, ở lục địa hình thành các cao nguyên) Chính sự uốn cong này ở đỉnh các miền nâng cao làm vỏ Trái Đất bị nứt vỡ, vật chất nóng chảy di chuyển theo khe nứt xâm nhập vào vỏ có thể nằm lại hoặc di chuyển ra ngoài bề mặt để hình thành các núi lửa Đồng thời chúng tách thành hai dòng nằm ngang di chuyển ngược hướng nhau Trong quá trình di chuyển, hai dòng này sẽ lôi cuốn các vật chất của vỏ nằm kề với nó chuyển dịch đi nơi khác Tại đây, vỏ Trái Đất bị giãn ra, đứt đoạn thành các địa hào Nơi hai dòng gặp nhau thì chúng sẽ chìm xuống và lôi cuốn vật chất vào Manti Kết quả là sự di chuyển các dòng vật chất trong quyền mềm đã làm thay đổi cấu trúc phần vỏ và hình thái địa hình bề mặt Trái Đất.

Thành phần vật chất và nguồn gốc thạch quyển

Các nhà địa hoá đều khẳng định: Trong thạch quyển có mặt hầu hết các nguyên tố hoá học trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học của Mendêlêép (Mendeléev) Qua nhiều năm nghiên cứu, năm 1889, lần đầu tiên Clac - nhà nghiên cứu người Mỹ đã công bố hàm lượng trung bình của các nguyên tố hoá học trong vỏ Trái Đất Sau này, nhiều nhà nghiên cứu cũng đưa ra các số liệu tương tự và gọi trị số này là số Clac.

Bảng 2.1 Các nguyên tố hoá học của thạch quyển

Nếu sắp xếp theo thứ tự giảm dần độ lớn của số Clạc, thì ta có thứ tự các nguyên tố hoá học O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg H, Ti, C, CI và tổng khối lượng của ba nguyên tố đầu (O, Si, Al) phổ biến nhất chiếm 84,55%; chín nguyên tố đầu chiếm

99,8%; mười hai nguyên tố đầu chiếm 99,67%; 80 nguyên tố hoá học còn lại chiếm 0,33%

Trong thạch quyển, trị số Clac các nguyên tố hoá học còn thay đổi ở từng khu vực Trị số này có thể cao hơn hay thấp hơn trị số Clac Nơi có trị số cao hơn trị số Clac chứng tỏ có sự tập trung các nguyên tố hoá học để hình thành các mỏ quặng Sự tập trung này phụ thuộc vào tính linh động của nguyên tố hoá học Các nguyên tố Zn,

Cu, S, P thường dễ tập trung hơn, do tính linh động của chúng cao mặc dù trị số Clac nhỏ Ngược lại, các nguyên tố hoá học Ti., Ni lại dễ phân tán, ít tập trung mặc dù có trị số Clac trung bình cao hơn.

Ngoài ra sự tập trung hoặc phân tán còn phụ thuộc vào môi trường tự nhiên. Sắt, nhôm dễ tập trung ở môi trường lục địa; còn Ca, Na tập trung ở môi trường biển; cacbon tập trung trong cơ thể sinh vật khi bị vùi lấp và biến đổi thành đá.

Trong lịch sử phát triển của Trái Đất, trị số Clac của các nguyên tố hoá học còn thay đổi theo thời gian Sự thay đổi này có thể do:

- Thạch quyển tiếp nhận thêm hàm lượng các nguyên tố hoá học ở Vũ trụ đưa tới qua các thiên thạch và các tia vũ trụ Theo O.I.U.Smit, khối lượng vật chất rơi vào Trái Đất dưới dạng thiên thạch là 400 tấn/năm Những tài liệu mới nhất thì cho biết số lượng này tăng gấp 10 lần Như vậy trong suốt thời gian tồn tại cho tới nay Trái Đất tiếp nhận một khối lượng vật chất là 8×10 11 tấn Lúc đầu số lượng tiếp nhận cao hơn và giảm dần theo thời gian cho tới nay.

- Một số đồng vị của các nguyên tố hoá học xuất hiện trong lớp trên của quyển khí Ở đó các phần tử khí bị các hạt-tia vũ trụ có năng lượng lớn bắn phá, tạo nên các đồng vị phóng xạ như H³ (Triti), C 14 (cacbon phóng xạ) Các sản phẩm C 14 được nước mưa hấp phụ rơi xuống bể mặt Trái Đất hoặc trực tiếp đi vào cơ thể sinh vật Sau này sinh vật chết đi, bị vùi lấp, chúng nằm lại trong thạch quyển.

- Thạch quyển cũng mất đi một số nguyên tố khí nhẹ như hydro, heli Do tỉ trọng nhỏ, chúng được đưa lên tầng cao của khí quyển Ở đây, dưới áp lực của tia nắng Mặt Trời, chúng phá tán vào không gian vũ trụ Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, lượng khí heli có hiện nay trong thạch quyển chỉ bằng 1/1000 lượng heli thành tạo trong thời gian lịch sử của Trái Đất, do kết quả của quá trình phân huỷ nguyên tố phóng xạ.

- Sự thay đổi trị số Clac còn liên quan tới sự chuyển hoá nguyên tố hoá học Điều này được thể hiện rõ ở các nguyên tố phóng xạ mạnh như U 238 , U 235 , Th 232 , K 40 , Rb 87

Chu kỳ bán phân huỷ của Th (thori) là 1,4 x 10 10 năm và U 235 là 7,1 x 10 8 năm, với thời gian tồn tại của Trái Đất cho tới nay các nguyên tố trên đã kịp thời phân huỷ và chuyển hoá thành các sản phẩm bền vững Pb và He.

Theo tính toán của G.V.Voikevit, cách đây ba tỉ năm, U 235 gấp 18 lần, K 40 gấp 5.3 lần so với hiện nay; U 238 giảm khoảng một phần tư Th giảm khoảng một vài phần trăm so với trước Những sản phẩm do quá trình phân huỷ như heli, chì, argon tạo thành một khối lượng lớn Thực tế toàn bộ chì hiện nay trong vỏ Trái Đất là sản phẩm phân huỷ của Urani và Thori (Pb206: 25,2%; Pb207: 21,7%; Pb208; Pb208: 51,7%) chiếm tới 98,60% Như vậy trước kia khối lượng chì ít hơn hiện nay rất nhiều.

Sự phân bố các nguyên tố hóa học trong thạch quyển cũng thay đổi nhiều so với trước Ban đầu chúng phân bố đồng đều, thuần nhất; đến nay chúng phân bố không đồng đều theo chiếu thẳng đứng cũng như theo chiều nằm ngang Do có sự phân dị tỉ trọng và quan hệ hoá học của các nguyên tố, nên kết quả là nhóm Fe, Mg, S có xu hướng chuyển vào các quyển bên trong Nhóm các nguyên tố O, Si, Al, K, Ca, phóng xạ di chuyển từ các quyển sâu ra tập trung ở thạch quyển.

2.2.1.2 Thành phần hợp chất hoá học

Trong thạch quyển, thành phần hoá học chủ yếu là các hợp chất silicat của Ca,

Na, K, Fe hình thành các khoáng vật silicat là thành phần tạo đá chính Ngoài ra còn có các hợp chất oxit, sunphat, photphat, sunphua hình thành các khoáng vật quặng, các vật chất thuộc nhóm hữu cơ để hình thành các đá hữu cơ như than đá, đá vôi, đá vôi tảo, san hô

2.2.1.3 Sự di chuyển vật chất trong thạch quyển

Có ba kiểu di chuyển chính:

- Kiểu di chuyển vật lí: Các đã được hình thành trước (mácma, biến chất, trầm tích) khi lộ ra bề mặt đều bị phá huỷ bởi các quá trình ngoại sinh (phong hoá, nước, gió) thành các mảnh vụn Sản phẩm này lại được nước và gió di chuyển đi nơi khác, tích tụ lại trên bề mặt thạch quyển Theo thời gian, bề dày tích tụ tăng dần, lớp trên đè lấp lớp dưới Do khối lượng lớn, chúng lún sâu vào thạch quyển; với áp suất lớn, nhiệt độ cao, chúng bị biến đổi hoặc nóng chảy thành vật chất mới.

Sự hình thành và phát triển của thạch quyển

Trong sự phát triển của thạch quyển, thành phần và cấu trúc của thạch quyển ngày càng phức tạp qua mỗi thời kì địa chất Khối lượng chung của đá trầm tích tăng lên, vỏ Trái Đất ngày càng tiếp nhận thêm nhiều đợt xâm nhập mới của các đá macma, quá trình hình thành các nếp uốn vò nhàu hết bộ phận này đến bộ phận khác, các cấu trúc Caledoni, Hecxini và Anpi thêm vào bên cạnh các nền nguyên sinh. Để có bộ mặt như hiện nay, Trái Đất đã trải qua quá trình biến đổi phức tạp suốt trong lịch sử phát triển lâu dài kể từ khi hình thành cách nay 4,6 tỉ năm Khi mới xuất hiện đến khi hình thành những lục địa đầu tiên, Trái Đất là thể nóng chảy chưa có vỏ như hiện nay Khi mới xuất hiện, vỏ còn rất mỏng, dễ bị gãy vỡ tạo hiện tượng phun trào macma qua các khe nứt.

2.3.2 Các giai đoạn phát triển

- Vào thời Tiềm Cambri, hầu như toàn bộ bề mặt Trái Đất là địa máng Nhưng ngày nay toàn bộ bề mặt đó mang tính chất nền Quá trình phát triển của thạch quyển có đặc điểm là chỉ đi theo một hướng: biến đổi các địa máng thành các nền bằng Có nghĩa là biến một miền sụt lún không ổn định trở thành một vùng ổn định.

- Trong sự phát triển của Trái Đất, về mặt địa chất I.I Potanov phân biệt các giai đoạn:

+ Giai đoạn tiền địa chất (kỷ nguyên Haden – cách nay khoảng 4,6 tỉ năm): Trái đất là một quả cầu nóng chảy, luôn luôn bị các hành tinh lao đập Trong kỉ nguyên Haden nhân Trái đất đã được hình thành và một nguồn nhiệt khổng lồ được giải phóng, cùng với nguồn nhiệt nguyên thủy đã làm nóng chảy bên ngoài Trái Đất, tạo thành một đại dương Magma Haden không phải là một giai đoạn địa chất, không có một loại đá nào trên Trái đất có tuổi này, trừ thiên thạch nhưng đây là một giai đoạn mà Trái Đất đã trải qua Haden = hadean (tiếng Anh) bắt nguồn từ gốc Hy Lạp có nghĩa là âm phủ, địa phủ Haden là giai đoạn được luận đoán khi Trái đất mới hình thành, hiện nay chưa có dẫn liệu địa chất trực tiếp nên hiểu biết về giai đoạn này còn lờ mờ như là thời kì hỗn mang của trời đất

+ Giai đoạn SiMa: giai đoạn hình thành bao Manti Sima là tên gọi khác của bao Manti (vì thành phần hóa học chủ yếu của bao Manti là các nguyên tố Silic và Magie) + Giai đoạn SiAl : giai đoạn hình thành vỏ Trái đất.

+ Giai đoạn địa máng: Bắt đầu từ khi xuất hiện các bồn nước và các loại đá trầm tích đầu tiên (cách nay gần 2,9 tỉ năm) Giai đoạn này cho đến nay chưa hoàn toàn chấm dứt Trong giai đoạn này, lớp granit trong các lục địa được hình thành và sự sống xuất hiện trên Trái Đất Vào đầu đại Nguyên Sinh (cách nay 1,6 tỉ năm) Trái đất bước vào giai đoạn nền bằng với lớp Sial của thạch quyển và từ thời tiền rife (cách đây 1,1 tỉ năm) giai đoạn khối tảng trong quá trình của thạch quyển bắt đầu. + Các miền địa máng hiện tại là những miền có địa hình bị chia cắt mạnh nhất. Nhưng trong trầm tích của các địa máng cổ, chỉ có trầm tích biển nông (Tiền Cambri và Cổ sinh sớm) hoặc hình thành ở độ sâu không quá 1000m (Cổ sinh muộn).

+ Giai đoạn nền bằng : giai đoạn này vỏ Trái đất ổn định

Ba giai đoạn đầu được xếp vào khoảng thời gian cách đây 5 - 2,9 tỉ năm Trong các giai đoạn sima và sial thống trị các quá trình macma (Trong thời kì đầu, Trái đất là một quả cầu nóng chảy, luôn luôn bị các hành tinh khác lao đập Với nhiệt độ cao đã làm nóng chảy phần bên ngoài của Trái đất, tạo thành một đại dương macma sâu tới 500km, sự nguội dần trên bề mặt Trái đất đã sinh ra vỏ nguội có lẽ có thành phần là komaliit Tuy nhiên do vỏ nguội này mỏng cộng với sự lao đập liên tục của các vật thể vũ trụ và hiện tượng đối lưu bên trong Trái đất nên vỏ mỏng này nhanh chóng bị vỡ, chìm xuống đại dương macma nóng chảy và bị lôi xuống dưới Quá trình nguội lạnh đã làm cho vỏ nguyên thủy ngày càng trở nên dày hơn và bền vững hơn Tuy nhiên quá trình phá vỡ do lao đập và đối lưu cũng như việc tái nóng chảy của các lớp vỏ nguyên thủy này vẫn tiếp tục tái diễn cho đến khoảng thời gian cách nay 3,9 tỉ năm Sau 3,8 tỉ năm hệ Mặt Trời trở nên yên tĩnh hơn Trường trọng lực của Trái đất nguyên thủy trở nên mạnh hơn khi hành tinh nguội dần, kết quả là hành tinh co rút lại trở nên đậm đặc hơn và phân dị thành các lớp đồng tâm sắp xếp theo tỉ trọng (nhân Fe-Ni, bao Manti giàu silicat…những hiện tượng này phát sinh ra dòng nhiệt rất cao và khoang đối lưu hoạt động trong manti Hoạt động của manti gây ra sự thoát khí mạnh qua hoạt động núi lửa Hydro và Heli – các nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ và các khí trơ thoát khỏi trường trọng lực của Trái đất và bay vào Hệ Mặt trời nhờ gió Mặt trời; Hơi nước, các khí khác CO2, CO, NO, HCl, NH3, H2S và CH4 không bị mất vì chúng có hoạt tính hóa học và do đó trở thành một phần của tư liệu địa chất, sự lao đập của thiên thạch có thể sản sinh ra macma felsic (granit) vào cuối kỉ nguyên Heden và bắt đầu quá trình hình thành lục địa).

 Trong quá trình phát triển của Thạch quyển Trái đất, có thể nhận thấy:

- Sự tăng lên chung về khối lượng của nó (ngày nay rất ít thiên thạch rơi xuống, nhưng nếu lấy toàn bộ thời gian tồn tại của Trái Đất thì sự tăng lên trung bình hàng năm về khối lượng của nó là 8.1011 tấn).

- Sự thay đổi về mặt phân bố các nguyên tố trong khối lượng Trái đất: Ngày xưa đồng đều, ngày nay rất không đồng đều về cả theo hướng thẳng đứng lẫn theo hướng nằm ngang.

- Sự làm giàu vỏ Trái đất bởi nham thạch và khoáng vật mới có liên quan tới sự phân hủy của vật chất phóng xạ, với sự nóng chảy của bao Manti, với hoạt động sinh sống của sinh vật và với quá trình bóc mòn, sự phức tạp về mặt cấu trúc – kiến tạo của vỏ Trái đất, sự tăng cường tính tương phản của địa hình bề mặt Trái đất.

Địa hình bề mặt thạch quyển

2.4.1 Khái niệm về địa hình Địa hình là thể tổng hợp tất cả các dạng hình thái của bề mặt Trái Đất nói chung hay một khu vực nói riêng Nó là kết quả của tác dụng tương hỗ giữa các quá trình nội sinh và ngoại sinh được thể hiện trên bể mặt Trái đất.

Về phân loại, có nhiều cách khác nhau như: theo kích thước hoặc theo quy mô phát triển, theo hình thái, theo nguồn gốc hình thành, theo tuổi.

Theo kích thước hoặc quy mô phát triển, địa hình bề mặt Trái đất được chia ra các cấp từ lớn đến nhỏ như sau:

- Địa hình cấp hành tinh là những bộ phận lớn nhất của bề mặt đất như các đại lục, các đại dương.

- Vĩ địa hình là những bộ phận lớn nhất trong phạm vi của địa hình cấp hành tinh như miền núi, miền sơn nguyên, miền đồng bằng trong các đại lục ; các thềm lục địa, đồng bằng đáy đại dương.

- Đại địa hình những bộ phận lớn của bề mặt Trái Đất nằm trong phạm vi của vĩ địa hình như: một dải núi trong miền núi, bồn trũng giữa núi, thung lũng sông lớn trong miền núi hoặc các vùng đất cao, vùng đất thấp trong miền đồng bằng.

- Trung địa hình những bộ phận của bề mặt đất có diện tích từ vài ba kilômét vuông tới vài trăm mét vuông như quả núi sót trên đồng bằng, dãy đồi, cánh đồng karst, phễu karst loại lớn

- Vi địa hình những bộ phận của bề mặt đất có diện tích nhỏ nhất thường chỉ đạt từ vài chục mét vuông tới vài trăm mét vuông, có vai trò làm phức tạp thêm bề mặt địa hình của các cấp lớn hơn; như: các cồn cát, giồng cát, carư hoặc đá tai mèo, giếng hay phễu karst v.v Những ảnh hưởng của quá trình nội sinh ở đây là rất nhỏ hay không có, chủ yếu là các quá trình ngoại sinh.

Tất cả các quá trình làm thay đổi hình dạng bề mặt thạch quyển của Trái Đất được gọi là quá trình hình thành địa hình Dựa vào nơi xuất phát của nguồn năng lượng, nhân tố tạo hình thái chủ đạo mà chia ra:

2.4.2.1 Các quá trình nội sinh

Là các quá trình hình thành địa hình liên quan tới các nguồn nhiệt tạo ra trong thạch quyển Nguồn nhiệt này sinh ra do quá trình phân huỷ các nguyên tố phóng xạ (urani, thori), do các phản ứng hóa học tỏa nhiệt, do thay đổi mật độ vật chất theo quy luật trọng lực Sự tăng nhiệt độ cao làm vật chất nóng chảy, tăng thể tích Quá trình này dẫn tới các đá trầm tích bị uốn nếp hoặc nứt vỡ làm thay đổi cấu trúc ban đầu, tạo nên cấu trúc mới, từ đó làm biến đổi bề mặt của thạch quyển.

2.4.2.2 Các quá trình ngoại sinh

Là các quá trình tạo địa hình, diễn ra trên bề mặt hoặc ở độ sâu không lớn của thạch quyển Nguồn năng lượng chủ yếu là năng lượng Mặt Trời và sự phân dị trọng lực của vật chất Dưới tác dụng nhiệt của Mặt Trời, đã trên bề mặt thạch quyển bị phá huỷ Sự luân chuyển của khí quyển và thuỷ quyển đã di chuyển vật liệu phá huỷ tới nơi khác, tích tụ lại và làm thay đổi địa hình vốn do quá trình nội sinh tạo ra.

2.4.3.1 Địa hình kiến tạo a Miền núi Địa hình miền núi chiếm 36% diện tích lục địa Núi là dạng địa hình dương có độ cao tương đối trên 200m so với các địa hình tạo mặt bằng xung quanh Trên bản đồ địa hình, nó được giới hạn bề mặt bởi các đường bình độ khép kín tăng dần trị số vào trung tâm Trên mặt cắt, nó tạo nên khúc gãy, chuyển một cách đột ngột từ sườn núi sang địa hình xung quanh Núi có thể đứng đơn lẻ hoặc tập hợp thành dãy núi, vùng núi hoặc miền núi hoặc rộng lớn hơn tạo nên cảnh quan miền núi.

Miền núi là tập hợp của nhiều vùng núi, phân bố trên một diện tích rộng lớn Về mặt địa chất, miền núi được cấu tạo bởi nhiều cấu trúc địa chất, có các đá tuổi khác nhau của vỏ lục địa được nâng cao trên mặt nước biển- đại dương hoặc đồng bằng lân cận Về hình thái, có sự phân dị rõ nét: đỉnh nhọn, sườn dốc, thung lũng sâu, độ cao thay đổi trên những khoảng cách không lớn Bên cạnh những dạng địa hình dương, còn có những dạng địa hình âm: các thung lũng, bồn địa tạo nên sự chênh lệch độ cao tương đối từ vài trăm mét đến vài nghìn mét.

Về quá trình hình thành, quan điểm thuyết kiến tạo "Địa máng" cho rằng miền núi ứng với miền có quá trình tạo núi Đó là miền dã diễn ra các pha nâng cao uốn nếp tạo núi sau thời kì sụt lún mạnh của địa máng Miền núi còn có thể hình thành bởi các đứt gãy sâu dạng khối trong các miền nền hình thành từ trước do ảnh hưởng các pha nâng cao uốn nếp của các địa máng nằm kề Địa hình miền núi hiện nay là kết quả của quá trình nâng cao tân kiến tạo diễn ra từ kí Neogen tới nay (N-Q) với cường độ nâng cao lớn hơn cường độ bóc mòn bồi tụ.

Theo quan điểm của thuyết "Kiến tạo mảng" thì miền núi được hình thành do sự va chạm giữa các mảng thạch quyển khi di chuyển ngược chiều nhau hoặc do quá trình tách giãn trong nội bộ màng ở lục địa Khi hai mảng thạch quyển va chạm nhau sẽ dẫn tới hiện tượng một mảng luồn xuống, mảng kia chồm lên trên Mảng chờm lên do lực cân bằng đẳng tĩnh nên được dâng cao và các đá bị uốn nếp, đứt gãy Do các đá có độ cứng khác nhau, cấu trúc địa chất khác nhau nên dưới tác dụng của quá trình ngoại lực, bể mặt bị phá huỷ, chia cắt thành vùng núi Mảng luồn xuống, do nhiệt độ cao nên vật chất nóng chảy, độ đặc kém, chúng theo khe nứt của mảng chờm lên thoát ra ngoài mặt hình thành các trung tâm núi lửa Trong nội bộ mảng ở lục địa, quá trình tách giãn hình thành các trũng địa hào và các vùng cao nằm kể. Dưới tác dụng của quá trình ngoại lực, các vùng cao bị chia cắt thành vùng núi. b Miền đồng bằng Đồng bằng là dạng địa hình có bề mặt tương đối bằng phẳng với diện tích đáng kể (từ vài km²), thường có độ cao tuyệt đối không lớn Đôi khi độ cao tuyệt đối của đồng bằng có thể đạt tới vài trăm mét Song độ cao tương đối giữa các bộ phận trong đồng bằng luôn luôn không đáng kể, từ vài mét tới vài chục mét.

Những khu vực rộng lớn của lục địa, trong đó bao gồm nhiều đồng bằng có nguồn gốc phát sinh hoặc cấu tạo địa chất khác nhau được gọi là miền đồng bằng. Trong miền đồng bằng có thể có núi, song diện tích của nó không đáng kể.

 Có nhiều cách phân loại khác nhau.

- Dựa vào độ cao, đồng bằng được chia ra hai loại:

+ Đồng bằng thấp là đồng bằng có độ cao tuyệt đối từ vài mét tới hàng chục mét

+ Đồng bằng cao có độ cao tuyệt đối có thể đạt tới vài trăm mét Chúng thường phân bố ở những khu vực có mực gốc xâm thực địa phương khá cao so với mực gốc xâm thực chung của bề mặt đất.

- Dựa vào điều kiện hình thành, đồng bằng được chia thành hai nhóm.

+ Đồng bằng hình thành trong điều kiện kiến tạo tương đối yên tĩnh hay còn gọi là chế độ nền Thuộc nhóm này là các đồng bằng phát triển trên các nền lục địa (cổ hoặc trẻ) Về hình thái bề mặt đồng bằng thường lượn sóng, diện tích phân bố rộng. Tuỳ vào nhân tố gây ra bóc mòn mà các đồng bằng này có tên gọi khác nhau: đồng bằng mài mòn (do biển); đồng bằng băng thuỷ (do nước của sông băng khi tan); đồng bằng thổi mòn (do gió); đồng bằng kiến trúc (nguyên sinh) được cấu tạo bởi các lớp đá trầm tích nằm ngang hoặc gần nằm ngang là tầng phủ nền như đồng bằng Tây Xibia, Đông Âu