Географическая оболочка и ее особенности

Геосферы Земли - более или менее концентрические слои, охватывающие всю Землю и обладающие присущими только им характерными физическими, структурными, физико-химическими, химическими и биологическими свойствами. Геосферы подразделяются на внешние и внутренние. К внешним относятся атмосфера, гидро­сфера, земная кора. К внутренним геосферам относятся мантия и ядро. Земная кора, атмосфера и гидросфера входят в состав биосферы — сложной прерывистой оболочки Земли, являющейся средой оби­тания биоты — живого вещества планеты.

Пространство, в котором взаимопроникают и взаимодействуют литосфера, гидросфера и атмосфера, носит название географичес­кой оболочки. Географическая оболочка представляет собой единую материаль­ную систему, обладающую рядом лишь ей присущих особенностей: в ней лучистая энергия Солнца превращается в тепловую; вода нахо­дится одновременно в трех состояниях - жидком, твердом и газооб­разном; в ней возникли и развиваются растения и животные, формируются почвы, образуются осадочные горные породы, на определен­ном этапе развития появился человек, сформировалось человечес­кое общество, постоянно взаимодействующее с окружающей ее при­родой.

Географическая оболочка развивается и имеет свои закономер­ности в развитии:

1. Целостность - изменение одного ее компонента неизбежно вызывает изменение всех остальных.

2. Круговорот веществ и энергии. Круговорот веществ обеспечивает многократность одних и тех же процессов и явлений при ограниченном объеме исходного вещества.

3. Ритмичность - повторяемость сходных явлений во времени. Существуют ритмы разной продолжительности - суточные, годовые (сезонные), внутривековые.

4. Зональность - закономерное изменение всех компонентов географической оболочки и самой оболочки по направлению от экватора к полюсам. Основные причины зональ­ности - форма Земли и положение ее относительно Солнца, а пред­посылка - падение солнечных лучей на поверхность под углом, по­степенно уменьшающимся в обе стороны от экватора. Дифферен­циация географической оболочки по зональным признакам выра­жается прежде всего в делении на географические пояса и зоны и высотные пояса и зоны.

В 80-е годы XX в. в геологическую науку было введено понятие «геологическая среда», которая, по мнению ряда ученых, представ­ляет собой часть географической оболочки. Она соответствует са­мой верхней части земной коры и выступает как минеральная ос­нова биосферы. Автор этого термина Е.М.Сергеев (1979) и его последователи под геологической средой понимают верхнюю часть литосферы, находящуюся под воздействием инженерно-хозяй­ственной деятельности человека. Верхней границей геологической сре­ды в таком понимании является поверхность рельефа, характер­ная для конкретной территории. Нижняя граница геологической среды зависит от глубины проникновения человека в толщу зем­ной коры в ходе различных видов его деятельности.

Согласно другой точке зрения, понятие «геологическая среда» должно рассматриваться в более широком плане: геологическая среда — это то пространство, где совершаются геологические процессы. Независимо от места своего возникновения (в глубоких недрах или на земной поверхности) эндогенные и экзогенные процессы, взаимодействующие между собой и с внешними геосферами, совершают в огромнейших мас­штабах разнообразные геологические преобразования. При опре­деленных условиях в геологической среде возникает вся масса гор­ных пород и минералов, существуют органические сообщества, действуют геологические силы, преобразующие лик Земли, воз­никают катастрофические, стихийные геологические явления.

7.2 Атмосфера: строение, происхождение, экологические функции

Атмосфера — это газовая оболочка, не имеющая четко выраженной верхней грани­цы и существующая благодаря гравитационному притяжению Земли. Состав у поверхности Земли следующий: азот — 78,1 %, кислород — 20,95 %, аргон — 0,93 % и в незначительных долях процента углекислый газ, водород, ге­лий, неон и другие газы. На высоте 20—25 км расположен слой озона, который предохра­няет живые организмы от коротковолнового (ультрафиолетового) сол­нечного излучения, пагубно воздействующего на живые организмы.

По резкой смене температур в атмосфере выделяют несколько слоев (сфер). Границы между ними носят название пауз (тропопау­за, стратопауза, мезопауза). В самом нижнем слое — тропосфере — темпе­ратура по мере повышения высоты от земной поверхности падает до -55 °С у полюса и -75 °С у экватора. В ней сосредоточено 4/5 всей массы атмосферы. Она богата азотом и кислородом, насыщена па­рами воды и углекислым газом. Здесь протекают важные погодные процессы и образуются облака. Температура в тропосфере падает с высотой в среднем на 6 °С на каждый километр. Тропосфера про­стирается до высоты 12—15 км и отделяется от стратосферы тро­попаузой.

В стратосфере происходит резкое повышение температуры, до­стигающее 0 °С на высоте 55 км, где проходит стратопауза. В стра­тосфере количество азота и кислорода уменьшается, а содержание водорода, гелия и других легких газов увеличивается. В ней располагается озоновый слой.

Следующий слой атмосферы — мезосфера — располагается в интервале 55 —95 км над поверхностью Земли. В ней продолжается падение температуры с увеличением высоты и достигает -70, -80 °С в мезопаузе.

В термосфере температура повышается, достигая на вы­соте 400 км 1200 0С. Ее нередко называют ионосферой, так как мо­лекулы газов ионизированы космическим излучением, т. е. лише­ны верхних электронов и поэтому обладают положительным заря­дом. Как и любой ионизированный газ, воздух в термосфере хоро­шо проводит электричество. К тому же термосфера обладает заме­чательным свойством — отражает радиоволны, что делает возмож­ной дальнюю связь на Земле.

Выше термосферы располагается экзосфера, представляющая собой переходную область между атмосферой и межпланетным пространством. Характерными ее особенностями являются преоб­ладание газов в атомарном состоянии и очень малая плотность. Здесь наиболее легкие газы покидают атмосферу и рассеиваются в космическом пространстве.

Современная атмосфера представляет собой результат длитель­ного эволюционного развития. Она возникла в результате совмест­ных действий геологических факторов и жизнедеятельности орга­низмов. Первичная атмосфера (протоатмосфера) на самой ранней протопланетной стадии, т.е. старше чем 4,2 млрд. лет, мог­ла состоять из смеси метана, аммиака и углекислого газа. В резуль­тате дегазации мантии и протекающих на земной поверхности ак­тивных процессов выветривания в атмосферу стали поступать пары воды, соединения углерода в виде СО₂ и СО, серы и ее соедине­ний, а также сильных галогенных кислот — НСl, HF, HI и борной кислоты, которые дополнялись находившимися в атмосфере мета­ном, аммиаком, водородом, аргоном и некоторыми другими бла­городными газами. Эта первичная атмосфера была чрезвычайно тонкой.

С течением времени газовый состав первичной атмосферы под влиянием процессов выветривания горных пород, выступавших на земной поверхности, жизнедеятельности цианобактерий и сине-зеленых водорослей, вулканических процессов и действия солнеч­ных лучей стал трансформироваться. Привело это к разложению метана на водород и углекислоту, аммиака — на азот и водород; во вторичной атмосфере стали накапливаться углекислый газ, кото­рый медленно опускался к земной поверхности, и азот. Благодаря жизнедеятельности синезеленых водорослей в процессе фотосин­теза стал вырабатываться кислород, который, однако, в начале в основном расходовался на окисление атмосферных газов, а затем горных пород. При этом аммиак, окислившийся до молекуляр­ного азота, стал интенсивно накапливаться в атмосфере. Метан и оксид углерода окислялись до угле­кислоты. Сера и сероводород окислялись до SO₂ и SO₃, которые вследствие своей высокой подвижности и легкости быстро удали­лись из атмосферы. Таким образом, атмосфера из восстановитель­ной, какой она была в архее и раннем протерозое, постепенно превращалась в окислительную.

Углекислый газ поступал в атмосферу как вследствие окисле­ния метана, так и в результате дегазации мантии и выветривания горных пород. Значительная часть углекислого газа из атмос­феры растворялась в гидросфере, в которой он использовался гидробионтами для построения своей раковины и биогенным путем превращался в карбонаты. В дальнейшем из них были сформирова­ны мощнейшие толщи хемогенных и органогенных карбонатов.

Кислород в атмосферу поступал из трех источников. В течение длительного времени, начиная с момента возникновения Земли, он выделялся в процессе дегазации мантии и в основном расходо­вался на окислительные процессы. Другим источником кислорода была фотодиссоциация паров воды жестким ультрафиолетовым солнечным излучением. Третьим – процессы фотосинтеза. Стабилизация содержания кисло­рода в атмосфере произошла с того момента, когда растения выш­ли на сушу, — примерно 450 млн. лет назад.

Экологические функции атмосферы заключаются в обеспече­нии условий:

- жизнедеятельности организмов;

- функционирования гидросферы, литосферы и почвы;

- формирования климата;

- возникновения экстремальных явлений и стихийных бедствий;

- развития человечества.

Наряду с экологическими атмосфера обладает и геологиче­скими функциями. Геологическая роль атмосферы за­ключается в том, что ее строение, элементарный состав, состоя­ние и взаимодействие с литосферой, почвенным покровом, гид­росферой, равно как и протекающие в ней процессы, определя­ются скоростями и масштабностью воздействия на поверхност­ную часть литосферы физико-химических факторов, которые оп­ределяют интенсивность и скорость воздействия агентов выветривания, эрозии, транспортировки и аккумуляции осадочного материала. Атмосфера — важный источник веществ для формирования почв, горных пород и полезных ископаемых. Атмосфера не только яв­ляется преобразователем солнечной энергии, но и одновременно служит источником строительного материала (оксида углерода) для живых организмов.

7.3 Гидросфера: строение, происхождение, экологические функции

Под гидросферой подразумевают поверхностную оболочку, состоящую из воды морей и океанов, поверхностных водоемов суши, временных и постоянных водото­ков, твердой воды в виде снега и льда. Наряду с поверхностной существует и подземная гидросфера, к которой относятся грунто­вые и подземные, в том числе артезианские воды.

Океаны и моря покрывают почти 71 % поверхности Земли, а вместе с водными объектами суши, к которым относятся ледни­ки, озера, водохранилища, болота, пруды, водой покрыто почти 3/4 земной поверхности. Высокая теплоемкость воды и зна­чительная потенциальная энергия ее многочисленных фазовых пе­реходов вместе с огромной площадью зеркала воды имеют боль­шое значение для теплового и водного режимов Земли. Гидросфе­ра вместе с атмосферой являются решающим фактором в почво­образовании и формировании растительного покрова Земли и, сле­довательно, обусловливают ландшафтный облик планеты. Ми­ровой океан является глобальным аккумулятором теплоты. Он транс­формирует солнечную энергию, аккумулирует ее, а при необхо­димости, медленно охлаждаясь, отдает часть теплоты в атмосферу. Таким образом, гидросфера играет важнейшую и весьма неодноз­начную роль в терморегуляции планеты.

Экологические функции Мирового океана вытекают из его взаи­модействия с атмосферой и верхней частью литосферы, которое приводит к широкому газообмену, способствует возникновению климата и погодных условий, обусловливает распределение тем­пературы, солености и плотности Мирового океана, вызывает по­верхностную и глубинную гидродинамику. Все это играет ведущую роль в распределении биоты и обусловливает жизнедеятельность организмов, транспортировку и аккумуляцию вещества.

Геологическая роль гидросферы состоит в том, что она как один из главнейших экзогенных факторов преобразует земную поверх­ность, участвует в формировании рельефа, переносит во взвешен­ном и растворенном состоянии вещества и химические соедине­ния и участвует в аккумуляции осадочного материала.

Экологические функции гидросферы обеспечиваются непрерывной циркуляцией воды. Ее перемещение происходит в результате механического движе­ния - потоки воды в реках, течения в толще океана; в результате изменения фазового состава - вода испаряется и попадает в атмо­сферу посредством диффузионного и конвективного потоков. Последние характерны для почв и горных пород. В северных рай­онах наблюдается очень редкий способ передвижения воды путем возгонки. Снег (твердая фаза воды), испаряясь, сразу превращает­ся в пар и попадает в атмосферу. Таким образом, происходит не­прерывный замкнутый процесс циркуляции воды на Земле, име­нуемый круговоротом. Различают малый, большой и входящий в него внутриматериковый круговороты.

Вода, испарившаяся с поверхности океана, большей частью конденсируется и возвращается обратно в виде атмосферных осадков (малый, или океанический, круговорот) и частично перено­сится воздушными течениями на сушу. Атмосферные осадки, выпавшие на сушу, просачиваясь в почву и зону аэрации, создают запасы почвенной влаги. Проникшие глубже атмосферные осадки образуют подземные воды: грунтовые, пластовые и воды глубоких горизонтов. Часть атмосферных осадков стекает по земной поверх­ности, образуя ручьи и реки, а остальная часть снова испаряется. В конце концов, вода, принесенная воздушными течениями на сушу, снова достигает океана, завершая большой круговорот воды на земном шаре. Из большого круговорота может быть выделен еще местный, или внутриматериковый, круговорот, при котором, вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь попадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Представления о происхождении гидросферы основываются на существовании следующих источников воды: дегазации расплавленной магмы, выбросов воды в виде пара вулканами и «черными» курильщиками. Многое зависело от состава первичного вещества, которое образовало праЗемлю. Среди веществ, сложивших нашу планету, помимо вещества типа метеоритного должно было быть и вещество типа кометного, т.е. содержащее лед, металлы и органику. Другими словами, первичная Земля уже имела достаточное количество воды в виде льда. Чисто кометный вариант происхождения океанов пока не имеет достаточных оснований, так как в существующем океане слишком много следов дегазации недр Земли.