Уважаемые читатели! Если вы выберете ЕГЭ в качестве выпускного или вступительного экзамена по биологии, то вам необходимо знать и понимать требования, предъявляемые к сдаче этого экзамена, характер вопросов и заданий, встречающихся в экзаменационных работах. В помощь абитуриентам в издательстве ЭКСМО выйдет книга «Биология. Сборник заданий по подготовке к ЕГЭ». Эта книга – тренировочное пособие, именно поэтому вошедший в нее материал превышает школьный уровень требований. Однако тем старшеклассникам, которые решат поступать в высшие учебные заведения на факультеты, где сдают биологию, такой подход будет полезен.

В нашей газете мы публикуем только задания части С к каждому разделу. Они полностью обновлены и по содержанию, и по структуре изложения. Так как это пособие ориентировано на экзамены 2009/2010 учебного года, то мы решили дать варианты заданий части С в значительно большем объеме, чем это делалось в предыдущие годы.

Вам предлагаются примерные варианты вопро-сов и заданий разного уровня сложности с разным количеством элементов правильного ответа. Это делается для того, чтобы на экзамене у вас был достаточно большой выбор возможных правильных ответов на конкретный вопрос. Кроме того, вопросы и задания части С построены так: дается один вопрос и элементы правильного ответа к нему, а затем предлагаются варианты этого вопроса для самостоятельного размышления. Ответы на эти варианты должны получить вы сами, применяя как знания, полученные при изучении материала, так и знания, полученные при прочтении ответов на основной вопрос. Отвечать на все вопросы следует письменно.

Значительная часть заданий части С – это задания в рисунках. Аналогичные им уже были в экзаменационных работах 2008 г. В данном пособии их набор несколько расширен.

Мы надеемся, что это учебное пособие поможет старшеклассникам не только подготовиться к экзаменам, но и даст возможность желающим усвоить основы биологии за оставшиеся два года обучения в 10–11-х классах.

Общая биология (часть С)

Задания этой части распределены по разделам: цитология, генетика, эволюционная теория, экология. В каждом из разделов предлагаются задания всех уровней ЕГЭ. Такое построение общебиологической части пособия позволит вам более полно и системно подготовиться к сдаче экзамена, т.к. часть С включает в себя в обобщенном виде практически весь материал частей А и В.

Задания группы С1 (повышенный уровень)

На все задания группы С необходимо давать письменные ответы с объяснениями.

Вопросы по цитологии

Ответ на это вопрос должен быть кратким, но точным. Главными в этом вопросе являются слова – «уровни организации» и «научные основания». Уровень организации – это способ и форма существования живых систем. Например, клеточный уровень организации включает клетки. Следовательно, необходимо выяснить то общее, что позволило выделить уровни организации. Таким общим является системность организации живых тел и их постепенное усложнение (иерархия).

Элементы правильного ответа

Научными основаниями для разделения живых систем на уровни служат следующие положения.

1. Живые системы усложняются по мере развития: клетка – ткань – организм – популяция – вид и т.д.

2. Каждая более высоко организованная живая система включает в себя предыдущие системы. Ткани состоят из клеток, органы из тканей, организм из органов и т.д.

Ответьте самостоятельно на следующие вопросы

    Какими общими свойствами обладают все уровни организации жизни?

    Что общего и различного между клеточным и популяционным уровнями жизни?

    Докажите, что на клеточном уровне проявляются все свойства живых систем.

Элементы правильного ответа

1. К модели можно применить воздействия, неприменимые к живым телам.

2. Моделирование позволяет изменять любые характеристики объекта.

Ответьте самостоятельно

    Как бы вы объяснили высказывание И.П. Павлова «Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет»?

    Приведите два примера использования экспериментального метода в цитологии.

    С помощью каких методов исследования можно разделять различные клеточные структуры?

Элементы правильного ответа

1. Полярность молекулы воды определяет ее способность растворять другие гидрофильные вещества.

2. Способность молекул воды к образованию и разрыву водородных связей между ними обеспечивает воде теплоемкость и теплопроводность, переход из одного агрегатного состояния в другие.

3. Малые размеры молекул обеспечивают их способность проникать между молекулами других веществ.

Ответьте самостоятельно

    Что произойдет с клеткой, если концентрация солей в ней будет выше, чем вне клетки?

    Почему в физиологическом растворе клетки не сморщиваются и не лопаются от набухания?

Элементы правильного ответа

1. Ученые выяснили, что молекула белка имеет первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры.

2. Ученые выяснили, что молекула белка состоит из множества различных аминокислот, связанных пептидными связями.

3. Ученые установили последовательность аминокислотных остатков в молекуле рибонуклеазы, т.е. ее первичную структуру.

Ответьте самостоятельно

    Какие химические связи участвуют в образовании молекулы белка?

    Какие факторы могут привести к денатурации белка?

    Каковы особенности строения и функций ферментов?

    В каких процессах проявляются защитные функции белков?

Элементы правильного ответа

1. Указанные органические соединения выполняют строительную (структурную) функцию.

2. Указанные органические соединения выполняют энергетическую функцию.

Ответьте самостоятельно

    Почему пищу, богатую целлюлозой, назначают для нормализации работы кишечника?

    В чем заключается строительная функция углеводов?

Элементы правильного ответа

1. ДНК построена по принципу двойной спирали в соответствии с правилом комплементарности.

2. ДНК состоит из повторяющихся элементов – 4 видов нуклеотидов. Разная последовательность нуклеотидов кодирует различную информацию.

3. Молекула ДНК способна к самовоспроизведению, а следовательно, к копированию информации и ее передаче.

Ответьте самостоятельно

    Какие факты доказывают индивидуальность ДНК отдельной особи?

    Что означает понятие «универсальность генетического кода»; какие факты подтверждают эту универсальность?

    В чем заключается научная заслуга Д.Уотсона и Ф.Крика?

Элементы правильного ответа

1. Различия в названия ДНК и РНК объясняются составом их нуклеотидов: в нуклеотидах ДНК углевод дезоксирибоза, а в РНК – рибоза.

2. Различия в названиях видов РНК (информационная, транспортная, рибосомальная) связаны с выполняемыми ими функциями.

Ответьте самостоятельно

    Какие два условия должны быть постоянными, чтобы связи между двумя комплементарными цепями ДНК не разрушались самопроизвольно?

    Чем различаются ДНК и РНК по строению?

    В состав каких еще соединений входят нуклеотиды и что вы о них знаете?

Элементы правильного ответа

1. Клеточная теория установила структурную и функциональную единицу живого.

2. Клеточная теория установила единицу размножения и развития живого.

3. Клеточная теория подтвердила общность строения и происхождения живых систем.

Ответьте самостоятельно

    Почему, несмотря на очевидные различия в строении и функциях клеток разных тканей, говорят о единстве клеточного строения живого?

    Назовите основные открытия в биологии, позволившие сформулировать клеточную теорию.

Элементы правильного ответа

1. Вещества проникают в клетку путем диффузии.

2. Вещества проникают в клетку благодаря активному транспорту.

3. Вещества проникают в клетку путем пиноцитоза и фагоцитоза.

Ответьте самостоятельно

Элементы правильного ответа

1. У прокариот в клетке отсутствует ядро, митохондрии, аппарат Гольджи и эндоплазматическая сеть.

2. У прокариот нет подлинного полового размножения.

Ответьте самостоятельно

    Почему зрелые эритроциты или тромбоциты не относят к прокариотным клеткам, несмотря на отсутствие в них ядер?

    Почему вирусы не относят к самостоятельным организмам?

    Почему эукариотические организмы более разнообразны по своему строению и уровню сложности?

Элементы правильного ответа

1. По хромосомному набору животного можно определить его вид.

2. По хромосомному набору животного можно определить его пол.

3. По хромосомному набору животного можно определить наличие или отсутствие наследственных заболеваний.

Ответьте самостоятельно

    В каждой ли клетке многоклеточного организма существуют хромосомы? Ответ докажите примерами.

    Как и когда можно увидеть хромосомы в клетке?

Элементы правильного ответа

Структурными элементами комплекса Гольджи являются:

1) трубочки;
2) полости;
3) пузырьки.

Ответьте самостоятельно

    Каково строение хлоропласта?

    Каково строение митохондрии?

    Что должно содержаться в митохондриях, чтобы они могли синтезировать белки?

    Докажите, что и митохондрии, и хлоропласты могут размножаться.

Элементы правильного ответа

Следует отметить различия в:

1) характере обмена веществ;
2) сроках жизни;
3) размножении.

Ответьте самостоятельно

    Как скажется на одноклеточном организме пересадка ему ядра от другого организма?

Элементы правильного ответа

1. Наличие двойной мембраны с характерными ядерными порами, за счет чего обеспечивается связь ядра с цитоплазмой.

2. Наличие ядрышек, в которых синтезируется РНК и формируются рибосомы.

3. Наличие хромосом, являющихся наследственным аппаратом клетки и обеспечивающих деление ядра.

Ответьте самостоятельно

    Какие клетки не содержат ядер?

    Почему безъядерные клетки прокариот размножаются, а безъядерные клетки эукариот – нет?

Элементы правильного ответа

1. Большинство клеток сходно по основным элементам строения, жизненным свойствам и процессу деления.

2. Клетки отличаются друг от друга наличием органоидов, специализацией по выполняемым функциям, интенсивностью обмена веществ.

Ответьте самостоятельно

    Приведите примеры соответствия строения клетки ее функции.

    Приведите примеры клеток с разным уровнем интенсивности обмена веществ.

Элементы правильного ответа

1. В результате синтеза образуются более сложные вещества, чем вступившие в реакцию; реакция идет с поглощением энергии.

2. При распаде образуются более простые вещества, чем вступившие в реакцию; реакция идет с выделением энергии.

Ответьте самостоятельно

    Каковы функции ферментов в реакциях обмена веществ?

    Почему в биохимических реакциях участвует более 1000 ферментов?

17. В какие виды энергии превращается световая энергия при фотосинтезе и где происходит это превращение?

Элементы правильного ответа

1. Световая энергия преобразуется в химическую и тепловую энергию.

2. Все превращения происходят в тилакоидах гран хлоропластов и в их матриксе (у растений); в других фотосинтезирующих пигментах (у бактерий).

Ответьте самостоятельно

    Что происходит в световой фазе фотосинтеза?

    Что происходит в темновой фазе фотосинтеза?

    Почему экспериментально трудно обнаружить процесс дыхания растений в дневное время?

Элементы правильного ответа

1. Код «триплетен» означает, что каждая из аминокислот кодируется тремя нуклеотидами.

2. Код «однозначен» – каждый триплет (кодон) кодирует только одну аминокислоту.

3. Код «вырожден» означает, что каждая аминокислота может кодироваться более чем одним кодоном.

Ответьте самостоятельно

    Зачем нужны «знаки препинания» между генами и почему их нет внутри генов?

    Что означает понятие «универсальность кода ДНК»?

    В чем заключается биологический смысл транскрипции?

Элементы правильного ответа

1. Примерами организмов, у которых происходит чередование поколений, могут быть мхи, папоротники, медузы и другие.

2. У растений происходит смена гаметофита и спорофита. У медуз чередуются стадии полипа и медузы.

Ответьте самостоятельно

    В чем заключаются основные различия между митозом и мейозом?

    В чем разница между понятиями «клеточный цикл» и «митоз»?

Элементы правильного ответа

1. Изолированные клетки организма, живущие в искусственной среде, называются клеточной культурой (или культурой клеток).

2. Клеточные культуры используют для получения антител, лекарственных веществ, а также для диагностики заболеваний.

Элементы правильного ответа

1. Интерфаза необходима для запасания веществ и энергии при подготовке к митозу.

2. В интерфазе происходит удвоение наследственного материала, что впоследствии обеспечивает его равномерное распределение по дочерним клеткам.

Ответьте самостоятельно

    Одинаковы или различны по своему генетическому составу гаметы, производимые организмом? Приведите доказательства.

    Какие организмы имеют эволюционное преимущество – гаплоидные или диплоидные? Приведите доказательства.

Задания уровня С2

Элементы правильного ответа

Ошибки допущены в предложениях 2, 3, 5.

В предложении 2 обратите внимание на один из элементов, не относящийся к макроэлементам.

В предложении 3 один из перечисленных элементов ошибочно отнесен к микроэлементам.

В предложении 5 ошибочно указан элемент, выполняющий названную функцию.

2. Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых допущены ошибки, объясните их.

1. Белки – это нерегулярные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. 2. Остатки мономеров соединены между собой пептидными связями. 3. Последовательность мономеров, поддерживаемая этими связями, формирует первичную структуру белковой молекулы. 4. Следующая структура – вторичная, поддерживается слабыми гидрофобными химическими связями. 5. Третичная структура белка представляет собой скрученную молекулу в виде глобулы (шара). 6. Поддерживается такая структура водородными связями.

Элементы правильного ответа

Ошибки допущены в предложениях 1, 4, 6.

В предложении 1 неверно указаны мономеры белковой молекулы.

В предложении 4 неверно указаны химические связи, поддерживающие вторичную структуру белка.

В предложении 6 неверно указаны химические связи, поддерживающие третичную структуру белка.

На РИА-Новости попалась на глаза любопытная статья...

Я не знаю, почему это попало в новости. Не очень понятно также, причем тут суперспособности...
На мой взгляд, это довольно интересная статья, в которой излагаются любопытные, местами даже впечатляющие, факты о человеческом организме =)

Если это вас заинтересует и будет нетрудно, напишите в комментах, что именно удивило/поразило/шокировало именно вас больше всего из перечисленного?
Я попробовал составить свой список особо впечатлившего из этого, но в него вошло что-то слишком много, почти половина =)

51 факт, доказывающий наличие у человека суперспособностей

Все они доказывают, что вы обладаете огромными возможностями. По сути, вы - супергерой.

1. Человеческое сердце, извлеченное из грудной клетки, как в фильме об Индиане Джонсе, на самом деле способно в течение короткого периода времени биться, поскольку оно обладает своей собственной электрической системой и будет продолжать получать электричество из окружающего воздуха.

2. Желудочная кислота настолько сильна, что ваше тело каждые 3-4 дня создает совершенно новую слизистую оболочку желудка.

3. Человеческий нос может распознать и запомнить 50 000 уникальных запахов, однако это совершенно несопоставимо с возможностями собаки в этой области.

4. Вы чихаете со скоростью 160 километров в час или даже больше.

5. Протяженность ваших кровеносных сосудов составляет 96 000 километров, и этого достаточно для того, чтобы примерно два с половиной раза обогнуть ими экватор.

6. Ежедневно ваше сердце создает достаточное количество энергии для того, чтобы грузовик мог проехать 32 километра. На протяжении всей жизни человека сердце производит такое количество энергии, что ее хватило бы для того, чтобы этот грузовик покрыл расстояние от Земли до Луны и обратно.

7. В среднем человек в период от рождения и до достижения 70 лет сбрасывает около 50 килограммов кожи, что сопоставимо с весом человека невысокого роста.

8. Если вы посмотрите на небо в ясную ночь и сможете увидеть Андромеду, то это означает, что ваши глаза настолько чувствительны, что способны различить слабое световое пятно, находящееся в ближайшей к нам соседней галактике и удаленное от нас на расстояние в 2,5 миллиона световых лет.

9. Человек может храпеть, издавая при этом звук порядка 80 децибел, что сравнимо со сном рядом с работающим отбойным молотком, разрушающим цемент. Уровень шума свыше 85 децибел считается вредным для человеческого уха.

10. Человек в течение своей жизни производит достаточное количество слюны для того, чтобы заполнить примерно два бассейна, то есть около 24 000 литров.

13. Нейроны возбуждаются со скоростью 240 километров в час.

14. В дополнение к пяти чувствам вы, на самом деле, обладаете еще и мета-чувством под названием проприорецепция, которое объединяет знание вашего мозга относительно того, что делают ваши мышцы, с ощущением размера и формы вашего тела, и таким образом вы получаете представление о том, где находятся части вашего тела по отношению друг к другу. Поэтому вы способны с закрытыми глазами без труда дотронуться пальцем до вашего носа.

15. Ваш сердечный ритм, а также ваша мимика меняются в зависимости от той музыки, которую вы слушаете.

16. Ваш мозг, когда он не спит, может производить достаточно электричества для питания одной лампочки.

17. При сопоставлении ваши кости окажутся прочнее стали, поскольку сравнимый по величине стальной брус будет весить в четыре или пять раз больше. Кубический метр кости, в принципе, способен выдержать вес в 10 000 килограммов, что примерно равняется весу пяти стандартных грузовых пикапов.

18. И несмотря на то, что они прочнее стали, ваши кости на 31% состоят из воды.

19. Если бы человеческий глаз был цифровой фотокамерой, то он обладал бы разрешением в 576 мегапикселей. Для сравнения - фотоаппарат Mamiya DSLR оказался самым мощным, который я смогла найти, и разрешение его матрицы составляет 80 мегапикселей при впечатляющей розничной цене в 34 000 долларов.

20. Кроме того, эксперты считают, что человеческий глаз может различать 10 миллионов различных цветов.

21. Если бы ДНК можно было расплести, то ее длина с учетом всех клеток вашего тела составила бы 16 миллиардов километров, что равняется расстоянию от Земли до Плутона и обратно.

22. В течение жизни долговременная память вашего мозга может хранить до 1 квадриллиона (1 миллион миллиардов) отдельных бит информации.

23. Человеческий мозг, особенно его предлобная кора, помогающая нам развивать социальные навыки и общение с другими людьми, продолжает развиваться до 40 лет и даже дольше.

24. В течение средней продолжительности жизни сердце человека перекачивает около 1,5 миллиона баррелей крови - достаточно для того, чтобы заполнить 200 железнодорожных цистерн.

25. Ваше тело производит 180 миллионов красных кровяных клеток в час.

26. Нормальная беременность длится девять месяцев, однако самая продолжительная из зафиксированных беременностей составила 375 дней, то есть 12,5 месяца.

27. Во время беременности, если у матери повреждены какие-то органы, находящийся в чреве плод посылает стволовые клетки для исправления поврежденного органа.

28. Для совершения одного шага требуется работа 200 мускулов.

29. Исследователи обнаружили 1 458 новых видов бактерий в пупках.

30. Большинство астронавтов в космосе становятся на пять сантиметров выше.

31. 6 миллиардов шагов спирали ДНК содержится в одной клетке.

32. На каждое оплодотворенное яйцо приходится 200-500 миллионов сперматозоидов, пытающихся передать свою ДНК.

33. К моменту вашей смерти вы проведете треть вашей жизни во сне.

34. В ходе одного исследования было обнаружено, что вы можете перезагрузить свои внутренние часы сна и пробуждения в вашем мозгу (суточный ритм), направив луч света на заднюю часть вашего колена.

35. Человек способен два месяца обходиться без пищи.

36. Ваш язык не является единственным местом, где расположены вкусовые рецепторы, - они также находятся в желудке, кишечном тракте, поджелудочной железе, легких, анусе, яичках и в мозгу.

37. Новые физические связи создаются между нейронами в мозгу каждый раз, когда вы что-то запоминаете.

38. Научно доказано, что даже небольшая доза электричества меняет работу мозга, и обычно при этом происходит сокращение эмпатии.

39. Вы можете продержаться без кислорода 5-10 минут, но после этого клетки вашего мозга начнут отмирать.

40. Ваш мозг на 60% состоит из жира.

41. Человеческий мозг будет питаться самим собой, и это будет последней попыткой избежать голодной смерти (то же самое происходит во время экстремальной диеты или недостаточного питания).

42. Вагина обладает способностью самоочищаться.

43. Фобии могут представлять собой память, переданную в генах предками.

44. Ваш автоматически запрограммированный ответ на некоторые раздражители называется эмоцией.

45. Долгосрочная память создает постоянно существующие физические изменения в мозгу.

46. Если вы попытаетесь с помощью выражение своего лица передать определенную эмоцию, то вы на самом деле начнете чувствовать эту эмоцию.

47. Человеческий глаз за один раз способен видеть лишь небольшую часть визуального поля, и поэтому глаз совершает 2-3 саккады (скачкообразные автоматические движения глаза) в секунду для того, чтобы получить полную картину.

48. Когда вы что-то вспоминаете, вы обращаетесь не к оригинальной памяти, а к творческому воссозданию определенных представлений, в которых часто обнаруживаются пробелы, а также совершенно новые составные части.

49. Ваш мозг забывает информацию для того, чтобы защитить себя от перегрузки информацией и от неприятных эмоциональных переживаний, что позволяет мыслить более быстро и легче усваивать новую информацию.

50. Мозг способен выполнять новые задания, в том числе изучать новые музыкальные произведения во время «быстрого сна». «Быстрый сон», судя по всему, усиливает производительность при выполнении задач с использованием процедурной памяти или подсознательного знания о порядке действия.

51. Общество обладает «канонической перспективой» (canonical perspective), и это означает, что мы все одинаково видим некоторые вещи. Пример: когда исследователи просили людей в разных частях мира нарисовать кофейную чашку, почти все рисовали кофейную чашку, глядя на нее слегка сверху и немного сдвинув перспективу вправо или влево, но никто не изображал ее, глядя сверху вниз.

Есть два типа литосферы. Океаническая литосфера имеет океаническую кору толщиной около 6 км. Она в основном покрыта морем. Материковую литосферу покрывает материковая кора толщиной от 35 до 70 км. Большей частью эта кора выступает над , образуя сушу.

Плиты

Горные породы и минералы

Движущиеся плиты

Плиты земной коры постоянно перемещаются в разных направлениях, хотя и очень медленно. Средняя скорость их движения равна 5 см в год. Примерно с такой же скоростью растут ваши ногти. Поскольку все плиты плотно прилегают друг к другу, движение любой из них действует на окружающие плиты, заставляя и их постепенно перемещаться. Плиты могут перемещаться по-разному, что можно видеть на их границах, но причины, вызывающие движение плит, ученым пока неизвестны. Видимо, этот процесс может не иметь ни начала, ни конца. Тем не менее некоторые теории утверждают, один тип движения плит может быть, так сказать, «первичным», а от него уже приходят в движение все прочие плиты.

Один из типов движения плит - это «подныривание» одной плиты под другую. Некоторые ученью полагают, что именно этот тип движения вызывает все прочие перемещения плит. На некоторых границах расплавленная порода, пробиваясь на поверхность между двумя плитами, затвердевает по их краям, расталкивая эти плиты. Этот процесс тоже может вызывать перемещение всех других плит. Считается также, что, помимо первичного толчка, движение плит стимулируют гигантские тепловые потоки, циркулирующие в мантии (см. статью « «).

Дрейфующие материки

Ученые полагают, что со времени образования первичной земной коры движение плит изменяло положение, очертания и размеры материков и океанов. Этот процесс назвали тектоникой плит . Приводятся разные доказательства этой теории. Например, очертания таких материков, как Южная Америка и Африка, выглядят так, будто они когда-то составляли единое целое. Обнаружилось и несомненное сходство в строении и возрасте горных пород, слагающих древние горные цепи на обоих материках.

1. По мнению ученых, массивы суши, ныне образующие Южную Америку и Африку, более 200 млн. лет назад были соединены друг с другом.

2. Видимо, дно Атлантического океана постепенно расширялось, когда на границах плит формировалась новая порода.

3. Сейчас Южная Америка и Африка удаляются друг от друга со скоростью порядка 3,5 см в год из-за движения плит.

Под литосферными плитами понимаются крупные блоки литосферы Земли, находящиеся в постоянном движении и ограниченные активными зонами разломов.

Теория, объясняющая причины и характер их движения, называется тектоникой плит. Она начала развиваться в 60-70-е гг. нашего столетия.

Тектонике плит, как научной теории, предшествовали геосинклинальная теория и теория континентального дрейфа. Не зная сущности этих теорий, трудно понять и изучить теорию тектоники плит, так как они объяснили многие сложные особенности динамики Земли.

Геосинклинальная теория основывается на том, что большинство крупных горных систем на Земле образуют пояса незначительной ширины и большой длины. Для них характерна складчатость, которая проявляется в виде хребтов, сложенных поднятыми из глубины осадочными отложениями. Последние накопились во время предшествующей стадии развития рельефа, когда на месте горной системы существовала впадина в виде прогиба, занятого водой. Стадии этого процесса следующие. Первоначально впадина заполняется осадочными породами. Эта стадия осадконакопления может длиться несколько миллионов лет. Затем следует стадия горообразования (орогенеза), когда происходит деформация накопившихся пород, образование складок и поднятие территории. Затем следует эрозионное разрушение и повторное накопление осадочного материала. В конечном итоге в результате действия разных сил (эрозия, погружение суши или поднятие уровня моря и др.) остатки гор могут быть затоплены полностью.

Теория континентального дрейфа сформировалась в начале XX в. В ее основе были преимущественно работы немецкого геолога Альфреда Вегенера, которые имели следующие предпосылки:

1) существование первичной цельной континентальной массы, названной «Пангея» (греч. «вся земля»)

2) ее распад на отдельные части;

3) дрейф континентальных частей земной коры.

Наглядным доказательством дрейфа континентов является совмещение краев материков. Многие континенты хорошо совмещаются друг с другом, особенно если брать для совмещения не их береговые линии, а край континентального шельфа. В этом можно убедиться при помощи карты, совмещая Южную Америку и Африку, Северную Америку, Гренландию и Европу. Соединяя Южную Америку, Африку, Австралию, Антарктиду и южную часть Азии, можно получить цельный древний континент Гондвана. Имеется много других фактов в пользу этой теории. Однако есть и возражения, особенно из-за неясности в источнике энергии, необходимой для передвижения континентов, и в механизме этого явления.

Теория тектоники плит возникла в продолжение предыдущих. Она направлена на решение задач, оставшихся нерешенными от теорий геосинклинального развития и дрейфа континентов. Суть теории тектоники плит в том, что литосфера Земли разделена на 7 крупных плит (Евразия, Африка, Северная и Южная Америка, Австралия, Антарктида и Тихий океан), движущихся относительно друг друга. Основание движущихся плит находится в астеносфере, т.е. в той части мантии, где вещество имеет пластичное состояние. Перемещение плит может приводить к их сближению. Плиты могут удаляться друг от друга. Плиты также могут двигаться, не касаясь друг друга.

Плиты имеют толщину от 75 до 125 км. На их краях возникают сейсмические активные зоны, для которых характерны частые землетрясения. Они включают как континентальную, так и океаническую кору. Например, граница между плитами Евразии и Северной Америки, а также Африки и Южной Америки, проходят по Срединно-Атлантическому подводному хребту.

Землетрясения подразделяются на тектонические, вулканические и денудационные. На долю тектонических землетрясений приходится 95% всех землетрясений Земли. Они возникают в местах столкновения литосферных плит. Вулканические землетрясения связаны с извержением вулканов. Денудационные образуются в результате протекания обвальных, карстовых и других денудационных процессов. Если очаги землетрясения находятся под толщей вод океанов или морей, образуются волны (цунами), которые распространяются со скоростью до 800 км/час и имеют высоту более 30 м. под океаном.

Согласно теории тектоники плит, большинство крупных горных систем (Анды, Гималаи и др.) являются результатом столкновения плит. Механизм этого явления до конца не выяснен. Считается, что основными причинами движения плит являются силы, действующие в земной коре и в мантии. Предполагается, что основным источником энергии, необходимой для тектонических движений, могут быть радиоактивность, гравитационные силы, влияние лунных и солнечных приливных явлений и др.

Современные исследования подтверждают факт перемещения литосферных плит со скоростью от нескольких миллиметров до 2 см в год. Установлено, что Гренландия уплывает от Европы, а Южная Америка отодвигается от Африки со скоростью 2 см/год. Считается, что в ближайшие 50-60 млн. лет Атлантический и Индийский океаны будут увеличиваться, а Тихий сокращаться в размерах. Австралия и Африка подойдут к Евразии, и возможно исчезновение Средиземного моря.

Тектоника плит (plate tectonics ) - современная геодинамическая концепция, основанная на положении о крупномасштабных горизонтальных перемещениях относительно целостных фрагментов литосферы (литосферных плит). Таким образом, тектоника плит рассматривает движения и взаимодействия литосферных плит.

Впервые предположение о горизонтальном движении блоков коры было высказано Альфредом Вегенером в 1920-х годах в рамках гипотезы «дрейфа континентов», но поддержки эта гипотеза в то время не получила. Лишь в 1960-х годах исследования дна океанов дали неоспоримые доказательства горизонтальных движении плит и процессов расширения океанов за счёт формирования (спрединга) океанической коры. Возрождение идей о преобладающей роли горизонтальных движений произошло в рамках «мобилистического» направления, развитие которого и повлекло разработку современной теории тектоники плит. Основные положения тектоники плит сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков - У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов

Основные положения тектоники плит

Основные положения тектоники плит можно свети к нескольким основополагающим

1. Верхняя каменная часть планеты разделена на две оболочки, существенно различающиеся по реологическим свойствам: жесткую и хрупкую литосферу и подстилающую её пластичную и подвижную астеносферу.

2. Литосфера разделена по плиты, постоянно движущиеся по поверхности пластичной астеносферы. Литосфера делится на 8 крупных плит, десятки средних плит и множество мелких. Между крупными и средними плитами располагаются пояса, сложенные мозаикой мелких коровых плит.

Границы плит являются областями сейсмической, тектонической и магматической активности; внутренние области плит слабо сейсмичны и характеризуются слабой проявленностью эндогенных процессов.

Более 90 % поверхности Земли приходится на 8 крупных литосферных плит:

Австралийская плита,
Антарктическая плита,
Африканская плита,
Евразийская плита,
Индостанская плита,
Тихоокеанская плита,
Северо-Американская плита,
Южно-Американская плита.

Средние плиты: Аравийская (субконтинент), Карибская, Филиппинская, Наска и Кокос и Хуан де Фука и др..

Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (например, Тихоокеанская плита), другие включают фрагменты и океанической и континентальной коры.

3. Различают три типа относительных перемещений плит: расхождение (дивергенция), схождение (конвергенция) и сдвиговые перемещения .

Соответственно, выделяются и три типа основных границ плит.

Дивергентные границы – границы, вдоль которых происходит раздвижение плит.

Процессы горизонтального растяжения литосферы называют рифтогенезом . Эти границы приурочены к континентальным рифтам и срединно-океанических хребтам в океанических бассейнах.

Термин «рифт» (от англ. rift – разрыв, трещина, щель) применяется к крупным линейным структурам глубинного происхождения, образованным в ходе растяжения земной коры. В плане строения они представляют собой грабенообразные структуры.

Закладываться рифты могут и на континентальной, и на океанической коре, образуя единую глобальную систему, ориентированную относительно оси геоида. При этом эволюция континентальных рифтов может привести к разрыву сплошности континентальной коры и превращению этого рифта в рифт океанический (если расширение рифта прекращается до стадии разрыва континентальной коры, он заполняется осадками, превращаясь в авлакоген).


Процесс раздвижения плит в зонах океанских рифтов (срединно-океанических хребтов) сопровождается образованием новой океанической коры за счёт магматических базальтовых расплав поступающих из астеносферы. Такой процесс образования новой океанической коры за счёт поступления мантийного вещества называется спрединг (от англ. spread – расстилать, развёртывать) .

Строение срединно-океанического хребта

В ходе спрединга каждый импульс растяжения сопровождается поступлением новой порции мантийных расплавов, которые, застывая, наращивают края расходящихся от оси СОХ плит.

Именно в этих зонах происходит формирование молодой океанической коры.

Конвергентные границы – границы, вдоль которых происходит столкновение плит. Главных вариантов взаимодействия при столкновении может быть три: «океаническая – океаническая», «океаническая – континентальная» и «континентальная - континентальная» литосфера. В зависимости от характера сталкивающихся плит, может протекать несколько различных процессов.

Субдукция – процесс поддвига океанской плиты под континентальную или другую океаническую. Зоны субдукции приурочены к осевым частям глубоководных желобов, сопряжённых с островными дугами (являющихся элементами активных окраин). На субдукционные границы приходится около 80% протяжённости всех конвергентных границ.

При столкновении континентальной и океанической плит естественным явлением является поддвиг океанической (более тяжёлой) под край континентальной; при столкновении двух океанических погружается более древняя (то есть более остывшая и плотная) из них.

Зоны субдукции имеют характерное строение: их типичными элементами служат глубоководный желоб – вулканическая островная дуга – задуговый бассейн. Глубоководный желоб образуется в зоне изгиба и поддвига субдуцирующей плиты. По мере погружения эта плита начинает терять воду (находящуюся в изобилии в составе осадков и минералов), последняя, как известно, значительно снижает температуру плавления пород, что приводит к образованию очагов плавления, питающих вулканы островных дуг. В тылу вулканической дуги обычно происходит некоторое растяжение, определяющее образование задугового бассейна. В зоне задугового бассейна растяжение может быть столь значительным, что приводит к разрыву коры плиты и раскрытию бассейна с океанической корой (так называемый процесс задугового спрединга).

Погружение субдуцирующей плиты в мантию трассируется очагами землетрясений, возникающих на контакте плит и внутри субдуцирующей плиты (более холодной и вследствие этого более хрупкой, чем окружающие мантийные породы). Эта сейсмофокальная зона получила название зона Беньофа-Заварицкого .

В зонах субдукции начинается процесс формирования новой континентальной коры.

Значительно более редким процессом взаимодействия континентальной и океанской плит служит процесс обдукции – надвигания части океанической литосферы на край континентальной плиты. Следует подчеркнуть, что в ходе этого процесса происходит расслоение океанской плиты, и надвигается лишь её верхняя часть – кора и несколько километров верхней мантии.

При столкновении континентальных плит, кора которых более лёгкая, чем вещество мантии, и вследствие этого не способна в неё погрузиться, протекает процесс коллизии . В ходе коллизии края сталкивающихся континентальных плит дробятся, сминаются, формируются системы крупных надвигов, что приводит к росту горных сооружений со сложным складчато-надвиговым строением. Классическим примером такого процесса служит столкновение Индостанской плиты с Евразийской, сопровождающееся ростом грандиозных горных систем Гималаев и Тибета.

Модель процесса коллизии

Процесс коллизии сменяет процесс субдукции, завершая закрытие океанического бассейна. При этом в начале коллизионного процесса, когда края континентов уже сблизились, коллизия сочетается с процессом субдукции (продолжается погружение под край континента остатков океанической коры).

Для коллизионных процессов типичны масштабный региональный метаморфизм и интрузивный гранитоидный магматизм. Эти процессы приводят к созданию новой континентальной коры (с её типичным гранито-гнейсовым слоем).

Трансформные границы – границы, вдоль которых происходят сдвиговые смещения плит.

Границы литосферных плит Земли

1 – дивергентные границы (а – срединно-океанские хребты, б – континентальные рифты); 2 – трансформные границы; 3 – конвергентные границы (а – островодужные, б – активные континентальные окраины, в – коллизионные); 4 – направления и скорости (см/год) движения плит.

4. Объём поглощённой в зонах субдукции океанской коры равен объёму коры, возникающей в зонах спрединга. Это положении подчёркивает мнение о постоянстве объёма Земли. Но такое мнение не является единственным и окончательно доказанным. Не исключено, что объём планы меняется пульсационно, или происходит уменьшение его уменьшение за счёт охлаждения.

5. Основной причиной движения плит служит мантийная конвекция , обусловленная мантийными теплогравитационными течениями.

Источником энергии для этих течений служит разность температуры центральных областей Земли и температуры близповерхностных её частей. При этом основная часть эндогенного тепла выделяется на границе ядра и мантии в ходе процесса глубинной дифференциации, определяющего распад первичного хондритового вещества, в ходе которого металлическая часть устремляется к центру, наращивая ядро планеты, а силикатная часть концентрируются в мантии, где далее подвергается дифференциации.

Нагретые в центральных зонах Земли породы расширяются, плотность их уменьшается, и они всплывают, уступая место опускающимся более холодными и потому более тяжёлым массам, уже отдавшим часть тепла в близповерхностных зонах. Этот процесс переноса тепла идёт непрерывно, в результате чего возникают упорядоченные замкнутые конвективные ячейки. При этом в верхней части ячейки течение вещества происходит почти в горизонтальной плоскости, и именно эта часть течения определяет горизонтальное перемещение вещества астеносферы и расположенных на ней плит. В целом, восходящие ветви конвективных ячей располагаются под зонами дивергентных границ (СОХ и континентальными рифтами), нисходящие – под зонами конвергентных границ.

Таким образом, основная причина движения литосферных плит – «волочение» конвективными течениями.

Кроме того, на плиты действуют ещё рад факторов. В частности, поверхность астеносферы оказывается несколько приподнятой над зонами восходящих ветвей и более опущенной в зонах погружения, что определяет гравитационное «соскальзывание» литосферной плиты, находящейся на наклонной пластичной поверхности. Дополнительно действуют процессы затягивания тяжёлой холодной океанской литосферы в зонах субдукции в горячую, и как следствие менее плотную, астеносферу, а также гидравлического расклинивания базальтами в зонах СОХ.

Рисунок - Силы, действующие на литосферные плиты.

К подошве внутриплитовых частей литосферы приложены главные движущие силы тектоники плит – силы мантийного “волочения” (англ. drag) FDO под океанами и FDC под континентами, величина которых зависит в первую очередь от скорости астеносферного течения, а последняя определяется вязкостью и мощностью астеносферного слоя. Так как под континентами мощность астеносферы значительно меньше, а вязкость значительно больше, чем под океанами, величина силы FDC почти на порядок уступает величине FDO . Под континентами, особенно их древними частями (материковыми щитами), астеносфера почти выклинивается, поэтому континенты как бы оказываются “сидящими на мели”. Поскольку большинство литосферных плит современной Земли включают в себя как океанскую, так и континентальную части, следует ожидать, что присутствие в составе плиты континента в общем случае должно “тормозить” движение всей плиты. Так оно и происходит в действительности (быстрее всего движутся почти чисто океанские плиты Тихоокеанская, Кокос и Наска; медленнее всего – Евразийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая и Африканская, значительную часть площади которых занимают континенты). Наконец, на конвергентных границах плит, где тяжелые и холодные края литосферных плит (слэбы) погружаются в мантию, их отрицательная плавучесть создает силу FNB (индекс в обозначении силы – от английского negative buoyance ). Действие последней приводит к тому, что субдуцирующая часть плиты тонет в астеносфере и тянет за собой всю плиту, увеличивая тем самым скорость ее движения. Очевидно, сила FNB действует эпизодически и только в определенных геодинамических обстановках, например в случаях описанного выше обрушения слэбов через раздел 670 км.

Таким образом, механизмы, приводящие в движение литосферные плиты, могут быть условно отнесены к следующим двум группам: 1) связанные с силами мантийного “волочения” (mantle drag mechanism ), приложенными к любым точкам подошвы плит, на рис. 2.5.5 – силы FDO и FDC ; 2) связанные с силами, приложенными к краям плит (edge-force mechanism ), на рисунке – силы FRP и FNB . Роль того или иного движущего механизма, а также тех или иных сил оценивается индивидуально для каждой литосферной плиты.

Совокупность этих процессов отражает общий геодинамический процесс, охватывающих области от поверхностных до глубинных зон Земли.

Мантийная конвекция и геодинамические процессы

В настоящее время в мантии Земли развивается двухъячейковая мантийная конвекция с закрытыми ячейками (согласно модели сквозьмантийной конвекции) или раздельная конвекция в верхней и нижней мантии с накоплением слэбов под зонами субдукции (согласно двухъярусной модели). Вероятные полюсы подъема мантийного вещества расположены в северо-восточной Африке (примерно под зоной сочленения Африканской, Сомалийской и Аравийской плит) и в районе острова Пасхи (под срединным хребтом Тихого океана – Восточно-Тихоокеанским поднятием).

Экватор опускания мантийного вещества проходит примерно по непрерывной цепи конвергентных границ плит по периферии Тихого и восточной части Индийского океанов.

Современный режим мантийной конвекции, начавшийся примерно 200 млн. лет назад распадом Пангеи и породивший современные океаны, в будущем сменится на одноячейковый режим (по модели сквозьмантийной конвекции) или (по альтернативной модели) конвекция станет сквозьмантийной за счет обрушения слэбов через раздел 670 км. Это, возможно, приведет к столкновению материков и формированию нового суперконтинента, пятого по счету в истории Земли.

6. Перемещения плит подчиняются законам сферической геометрии и могут быть описаны на основе теоремы Эйлера. Теорема вращения Эйлера утверждает, что любое вращение трёхмерного пространства имеет ось. Таким образом, вращение может быть описана тремя параметрами: координаты оси вращения (например, её широта и долгота) и угол поворота. На основании этого положения может быть реконструировано положение континентов в прошлые геологические эпохи. Анализ перемещений континентов привёл к выводу, что каждые 400-600 млн. лет они объединяются в единый суперконтинент, подвергающийся в дальнейшем распаду. В результате раскола такого суперконтинента Пангеи, произошедшего 200-150 млн. лет назад, и образовались современные континенты.

Некоторые доказательства реальности механизма тектоники литосферных плит

Удревнение возраста океанической коры по мере удаления от осей спрединга (см. рисунок). В этом же направлении отмечается нарастание мощности и стратиграфической полноты осадочного слоя.

Рисунок - Карта возраста пород океанического дна Северной Атлантики (по У. Питмену и М. Тальвани, 1972). Разным цветом выделены участки океанского дна различных возрастных интервалов; цифрами указан возраст в миллионах лет.

Геофизические данные.

Рисунок – Томографический профиль через Эллинский желоб, остров Крит и Эгейское море. Серые кружки – гипоцентры землетрясений. Синим цветом показана пластина погружающейся холодной мантии, красным – горячая мантия (по данным В. Спэкмена, 1989)

Остатки огромной плиты Фаралон, исчезнувшей в зоне субдукции под Северной и Южной Америками, фиксируемые в виде слейбов «холодной» мантии (разрез поперек Сев. Америки, по S-волнам). По Grand, Van der Hilst, Widiyantoro, 1997, GSA Today, v. 7, No. 4, 1-7

​Линейные магнитные аномалии в океанах были обнаружены в 50-х годах при геофизическом изучении Тихого океана. Это открытие позволило в 1968 году Хессу и Дицу сформулировать теорию спрединга океанического дна, которая выросла в теорию тектоники плит. Они стали одним из самых веских доказательств правильности теории.

Рисунок - Образование полосовых магнитных аномалий при спрединге.

Причиной происхождения полосовых магнитных аномалий является процесс рождения океанической коры в зонах спрединга срединно-океанических хребтов, излившиеся базальты при остывании ниже точки Кюри в магнитном поле Земли, приобретают остаточную намагниченность. Направление намагниченности совпадает с направлением магнитного поля Земли, однако вследствие периодических инверсий магнитного поля Земли излившиеся базальты образуют полосы с различным направлением намагниченности: прямым (совпадает с современным направлением магнитного поля) и обратным.

Рисунок - Схема образования полосовой структуры магнитоактивного слоя и магнитных аномалий океана (модель Вайна – Мэтьюза).