Геология планет Солнечной Системы

Городская выставка-конференция школьников

«Юные исследователи – будущее Севера»

      Секция: ГЕОГРАФИЯ

              ГЕОЛОГИЯ ПЛЕНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Автор: Никулин Олег Андреевич,

МБОУ г. Мурманска гимназия №2

Научные руководители:

 Фельцан О.В.

учитель географии МБОУ

г. Мурманск гимназии № 2

                                                   Мурманск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ………………………………………………………………………………………..3

Глава I. Геология планет Солнечной системы………………………………….………...4

1. Образование Солнечной системы……………………………………………………..4
2. Астероиды, метеориты и кометы……………………………………………………...4
3. Планеты земной группы……………………………………………………………….5
4. Планеты - гиганты Солнечной системы………………………………………………5

ГЛАВА II. Полезные ископаемые планет Солнечной системы и перспективы их освоения…………………………………………………………………………………………7

Заключение …………………………..……….………………………………………………...8

Литература ………………………………..……………………………………………………9

ВВЕДЕНИЕ

Спрос на минеральное сырье во всем мире постоянно возрастает как в количественном (примерно 5% в год), так и в ассортиментном отношении. В эпоху греческой эллинистической культуры и расцвета римского принципа человек использовал 19 химических элементов, в конце XVI века – 28, а начале ХХ века – 59. На рубеже второго и третьего тысячелетия человечество использует уже более 100 элементов, включая их искусственно созданные из природного материала литосферы.

Ежегодно из недр Земли извлекается более 100 млрд. т различного минерального сырья и топлива. Это руды черных и цветных металлов, уголь, нефть, газ.

Наиболее доступные месторождения полезных ископаемых истощаются, согласно последним прогнозам основных видов полезных ископаемых хватит до конца ХХI века, что рассматривается в качестве одной из глобальных проблем человечества.

В то же время, развитие космической отрасли промышленности в целом и технологий в различных отраслях науки позволяет не только ученым, но и правительствам различных государств, задумываясь о возможностях черпать ресурсы из космоса.

Технически возможность доставки таких ресурсов, как никель, золото, железо, уран и других, обсуждается специалистами на уровне теории уже много лет. Эксперты НАСА заявляют, что эксперименты по добыче полезных ископаемых вне Земли может иметь высокую стоимость по отношению к стоимости добытых ресурсов. Однако с развитием науки и техники соотношение может измениться и тогда экономическое лидерство получат государства, участвующие в развитии соответствующих технологий.

Например, в США уже создана компания для добычи полезных ископаемых в космосе.

Китай объявил об обширной перспективной космической программе, предусматривающей углубленное изучение Луны и проведение мероприятий по доставке на Землю и изучение грунтов, создание условий для добычи полезных ископаемых на Луне. Космическая программа России утверждена Распоряжением Правительства РФ от 28 декабря 2012 года № 2594.

В этих условиях возрастает роль геологии, включающей такой раздел как планетная геология, изучающая геологию небесных тел. В задачи планетной геологии в первую очередь входит изучение внутреннего строения планет земной группы, планетарного вулканизма, строение планет Солнечной системы, а также астероидов и комет.

Объект исследования: геология планет Солнечной Системы -  полезные ископаемые Космоса.

Предмет исследования: возможность добычи и использования полезных ископаемых Космоса.

Цель настоящей работы – обобщение основных известных науке сведений о геологии планет Солнечной системы и перспектив развития этого научного направления, роль которого будет неизбежно возрастать с развитием космических технологий.

Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи:

1. Подобрать и проанализировать необходимый материал по данной теме,
2. Изучить геологию планет Солнечной Системы, рассмотреть варианты использования полезных ископаемых Космоса на Земле,
3. Рассмотреть геологический потенциал планет Солнечной системы,
4. Доказать, что добыча полезных ископаемых вне Земли целесообразно и выгодно в экономическом и экологическом плане.

Методы исследования:  

 1) аналитический;  

 2) поисковый;

 3) сравнительно-сопоставительный анализ полученной информации

 Глава I. Геология планет Солнечной системы

1. Образование Солнечной системы.

Луна вращается вокруг Земли, Земля вокруг Солнца, а Солнце вокруг ядра нашей Галактики, именуемой Млечным Путем.

Солнцу необходимо 220 миллионов лет чтобы совершить полный оборот вокруг центра Галактики. Млечный Путь образуют миллионы звезд и Солнце лишь одна из них.

      Во Вселенной существуют миллиарды галактик. Они содержат большое количество материи. В них легко образуются яркие звезды. В ядре галактики расположены старые звезды. Молодые звезды, находятся в рукавах. Солнечная система находится в  рукав Ориона. С Земли нельзя разглядеть форму Млечного Пути. Мы видим лишь яркую полосу соответствующую одному из рукавов.

      Сложно точно сказать какой была Земля сразу после своего образования 4 млрд 600 млн лет назад. Перед нами предстала бы раскаленная планета, сотрясаемая вулканической деятельностью. Гравитация – фундаментальное свойство Вселенной. Благодаря ей газопылевое облако превратилось в Солнечную Систему. Породы и металлы плавились. Тяжелые вещества, в первую очередь, погрузились в центр планеты, а легкие, оставались на поверхности, и образовали земную кору. Из вулканов выходили газы и водяной пар. Они создавали зачаточную атмосферу. Водяной пар концентрировался и выпадал в форме осадков, порождая первые океаны.

2. Астероиды, метеориты и кометы.

Часть материи, не образовала планет, а осталась в рассеянном состоянии. Частично оно превратилось в  естественные спутники планет, другие обломки образуют пояса астероидов. Когда астероиды входят в земную атмосферу и сгорают в ней их называют метеорами, а если они достигают поверхности планеты – метеоритами.

Поверхность Земли постоянно изменяется, поэтому следов от метеоритов, упавших на Землю, остается крайне мало. На Луне дело обстоит иначе, ее поверхность испещрена кратерами, свидетельствующими о метеоритной активности. Отсутствие атмосферы и вулканической деятельности оставляет эти следы не тронутыми.  Изучение метеоритов позволяет получить ценные данные о составе Солнечной системы

      Наша Солнечная система образовалась из газопылевого облака. Его плотное ядро превратилось в Солнце, а из остального вещества образовались планеты, астероиды и кометы.

       К возникновению Солнечной системы привело гравитационное сжатие газопылевого облака. С уменьшением его размеров росла его температура.  В центре сформировалась протозвезда, а вокруг нее – протопланетный диск. Солнце относится к, так называемым, «желтым карликам» в составе которых, помимо водорода и гелия содержатся более тяжелые элементы.

3. Планеты земной группы.

Меркурий, Венера, Земля и Марс относятся к планетам земной группы и имеют твердую поверхность. Они состоят преимущественно из силикатов и плотного железного ядра.

       Геология внешних планет газово-ледяных гигантов отлична от геологии планет земной группы. Юпитер расположен так далеко от Солнца, что на нем замерзает углекислый газ. На орбитах Урана и Нептуна замерзают даже метан и аммиак. Мы живем на геологически активной и постоянно меняющейся планете. А что происходит на других планетах? Четыре ближайшие к Солнцу планеты имеют сходную с Землей структуру. Различия между ними сводятся к характеру атмосферы и наличию либо отсутствию воды.

Из всех планет земной группы у Меркурия наиболее пропорциональное соотношение железного ядра и силикатной оболочки. Геологические процессы прекратились на Меркурии около трех миллионов лет назад. Его поверхность покрыта множеством кратеров и разломов. Эти разломы образовались, при остывании ядра, в результате которого поверхность планеты сжималась и растрескивалась. На  полюсах и в глубоких кратерах, могла сохраниться замерзшая вода. Поскольку атмосфера практически отсутствует, в них сохраняются очень низкие температуры, тогда как на солнечном свету температура достигает 500 градусов по Цельсию.

     Венеру окутывает плотная атмосфера, создающая мощный парниковый эффект. Есть и необычные формы рельефа, которые называют «коронами». Они состоят из горных цепей, замыкающихся кругом, с долиной посередине. Возраст поверхности Венеры примерно одинаков и составляет от 200 до 800 млн лет. Тепло накапливалось в ее недрах в течение сотен миллионов лет, а затем высвободилось в форме мощного извержения, повлиявшего на характер всей поверхности.

     Луна образовалась 4,5 млрд лет назад. Ученые придерживаются версии о вторичном происхождении спутника земли, отделившегося от  нее при столкновении с метеоритами. Луна состоит из горных пород, сходных с земными. На спутнике Земли нет атмосферы, что способствует сильным перепадам температуры. Отсутствие атмосферы делает Луну беззащитной перед атаками метеоритов.

Из всех планет солнечной системы Марс больше всего похож на Землю. В прошлом его поверхность была покрыта водой, в которой существовали примитивные формы жизни.

По размеру Марс меньше земли. Диаметр марса в два раза меньше диаметра Земли, но геологические объекты марса гораздо больше земных. Высота вулкана Олимпус Монс составляет 23 тысячи метров, что в два раза больше высоты горы Эврест. А каньон Виллес, длина которого превышает 4000 км, является самой протяженной долиной такого типа в Солнечной системы. В стенах каньона четко прослеживаются границы геологических слоев. Толщина полярных шапок достигает в ряде мест 1500 км над поверхностью песчаных равнин окружающих их.

Существует множество свидетельств того, что раньше на Марсе была вода. На этой планете есть обширные долины и каналы и следы деятельности воды на камнях, есть свидетельства того, что Марс некогда пережил сильнейшее наводнение. Сейчас вся вода аккумулировалась в виде льда на полярных шапках и под поверхностью планеты.

4. Планеты - гиганты Солнечной системы.

У самых удаленных планет солнечной системы вокруг небольшого    плотного ядра расположены огромные массы газа и льда.

Для образования газовых гигантов, таких как Сатурн и Юпитер необходимо ядро сформированное из горных парод и льда. До сих пор рождаются новые гипотезы о происхождении планет - гигантов. Юпитер – самая массивная планета Солнечной системы. Он окутан тонким слоем облаков. Юпитер окружен  тонкими кольцами. Ядро  этой планеты состоит  из твердого вещества и плотной жидкости находящийся под огромным давлением и окруженных жидким металлическим водородом, напоминающим ртуть в земных условиях.

Поверхность Сатурна также покрыта облаками. Его внутренняя структура напоминает структуру Юпитера.

По размеру Нептун и Уран уступают Юпитера и Сатурна. Это ледяные гиганты. Под их облаками покоятся льды из воды, аммиака и метана.

Плутон настолько мал и удален от солнца, что наблюдать его с земли достаточно сложно. Он имеет ядро, окруженное замерзшей водой. Блестящая поверхность Плутона указывает, на присутствие замороженного метана и азота. Когда планета приближается к Солнцу,  лед тает, образуя временную атмосферу.            

ГЛАВА II. Полезные ископаемые планет Солнечной системы и перспективы их освоения

      Гигантские объемы разнообразных ресурсов, начиная с воды и газов, и заканчивая металлами, обнаруженные на Луне и дальше вглубь космоса, заставляют и государства и частный бизнес начать подготовку  к деятельности по разведке, добыче и доставке на Землю этих минеральных богатств.

       На Луне и в атмосферах таких планет как Юпитер обнаружены огромные количества изотопа Гелий-3, который потенциально интересен в качестве основного  топлива для ядерного синтеза до сих пор недосягаемой мечты энергетиков

Отсутствие атмосферы у Луны означает, что она в течение миллиардов лет подвергалась бомбардировке заряженными частицами, часть из которых внедрилась в ее поверхность. Эти частицы, включая гелий-3, могут быть извлечены путем нагревания лунных пород и последующего сбора газа. Доступные объемы гелия-3 измеряются сотнями миллионов тонн при этом разработку можно вести открытым способом. Ядерный синтез – более экологичный процесс поскольку он не оставляет лишних нейронов. Энергии производиться значительно больше, чем при реакции деления в то же время без таких последствий как значительные радиоактивные отходы. До сих пор ученые могли поддержать термоядерную реакцию в течение лишь нескольких секунд. По мнению  ученых, способ его достижения неизбежно будет усовершенствован - это скорее всего приведет к взрыву спроса на гелий-3.

В силу своей близости к Земле Луна уже давно рассматривается как кандидат для места нахождения космической колонии. Луна обладает разнообразием полезных ископаемых, в том числе ценными для промышленности металлами – железом, алюминием, титаном.

В 2006 году официально было объявлено, что главной целью российской космической программы будет добыча на Луне гелия 3. Станцию на Луне планируется создать к 2015 году, а с 2020 года может начаться промышленная добыча гелия-3.

При этом первый полет NASA планирует осуществить туда не ранее 2018 года, в 2012 годах запланировано создание лунных ба Китаем и Японией. До сих пор США остается единственным государством, представители которого побывали на Луне.

Чтобы обеспечить энергией все население Земли в течение года необходимо приблизительно 30 тонн гелия-3. При использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов, так остро стоящая при делении тяжелых ядер отпадает.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В современных условиях геологическая наука является одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на мировую экономику и экономику отдельно взятых государств.

Доступ к энергоресурсам и стоимость энергоресурсов является одним из ключевых элементов себестоимости товаров, работ и услуг.

Государства, обладающие обширными запасами полезных ископаемых, в их числе Россия, безусловно, находятся в более выгодном положении по сравнению с теми государствами, которые запасами полезных ископаемых не обладают и вынуждены приобретать их на международном рынке.

В то же время развитие науки и техники создает предпосылки для освоения природных богатств, ранее недоступных человеку, в том числе, запасов полезных ископаемых, залежи которых находятся на планетах Солнечной системы.

По этой причине развитые государства в перспективе планируют освоение полезных ископаемых, находящихся за пределами Земли.

Можно предположить, что первым небесным телом, подлежащим освоению, станет Луна, поскольку она ближе всего расположена к Земле и у человечества имеется опыт экспедиций на Луну.

Перспективы освоения других планет Солнечной системы более отдаленные, но и в этом направлении ведется активная работа.

Например, Китай планирует не только освоение полезных ископаемых на Марсе, но и создание на этой планете колонии.

Таким образом, исследования в области геологии планет являются одним из перспективных направлений геологической науки, и в долговременной перспективе будут иметь важное значение в конкуренции за освоение полезных ископаемых Солнечной системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Астрономия для детей. Москва. Росмэн. 1997
2. Геология для детей. Москва. Аванта. 2011
3. Геология. Н.В. Короновский, Н.А. Ясаманов. Москва.Академия. 2011
4. Минералы//2011-2012
5. Распоряжение Правительства РФ от 28.12.2012 № 2594-р «Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Космическая деятельность России на 2013-2020 годы»
6. Ресурсы Интернет:  www/geowiki
7. Ресурсы Интернет: ru/Wikipedia.org/wiki
8. Ресурсы Интернет: www/ globaltrouble.ru
9. Ресурсы Интернет: www/ceberstcurity.ru