Слой земной поверхности. Эволюция земли в естествознании

В условиях географической оболочки можно говорить о нескольких структурных уровнях, изучаемых географией:

а) геокомпонентный . Геокомпоненты – это совокупности однородных природных образований на земной поверхности. Различают главные компоненты (горные породы, воздух, вода, растения, животные) и производные (почва, лед, мерзлые породы).

б) отдельные части Земли, занятые преимущественно одним определенным компонентом, выделяются под названием геосфер . Это концентрические вложенные друг в друга сферы. Четыре из них полностью или частично входят в состав географической оболочки – литосфера, атмосфера, гидросфера – образуют практически непрерывные оболочки. Биосфера , понимаемая как совокупность живых организмов, не занимает самостоятельное пространство, а входит в выше названные сферы. Она располагается тонким слоем преимущественно в зоне их контакта.

В пределах этих четырех геосфер выделяются подчиненные – второго порядка - геосферы, которые не образуют непрерывного слоя: криосфера (сфера холода), педосфера (сфера почвы) и др. Из основных геосфер только гидросфера полностью принадлежит географической оболочке. Верхняя часть атмосферы и большая часть литосферы не включены в географическую оболочку. Поэтому эти части географией специально не изучаются.

Геосферы образуют более сложный, чем геокомпонентный, структурный уровень географической оболочки. Это второй структурный уровень географической оболочки – геосферный . Геосферы расположены ярусно, в соответствии с плотностью вещества. Чем плотность выше, тем ниже расположена геосфера.

в) Следующий структурный уровень – геосистемный . Геосистемы – это комплексные образования, возникшие в результате определенного взаимодействия геокомпонентов . Простейшие геокомпоненты формируются при взаимодействии вещества косного уровня организации: ледники, вместе с вмещающим их ложем прилегающими слоями воздуха; речной бассейн, рассматриваемый как система водных потоков вместе с частью земной поверхности, которую он занимает, и грунтовыми породами, взаимодействующими с поверхностными стоками, и т.д.

Более сложные взаимоотношения существуют в геосистемах, включающих вещество различных уровней организации. Они наиболее характерны для земной поверхности. Это природные территориальные и природные аквальные, то есть морские, комплексы – ПТК и ПАК.

Геосистемы могут включать не только природные компоненты. Например, человеческое общество. Влияние со своими техническими средствами, сооружениями и прочее. Человеческое общество в совокупности с окружающей природной средой образует геотехнические системы – города, промышленные узлы, сельскохозяйственные земли и т.д.

Геосистемы сменяют друг друга преимущественно в горизонтальном направлении и образуют горизонтальную структуру географической оболочки .

Наблюдается три уровня размерности геосистем:

Планетарный;

Региональный;

Локальный.

ВЕРТИКАЛЬНАЯ (ЯРУСНАЯ) СТРУКТУРНАЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА ИЛИ ГЕОСФЕРНЫЙ СТРУКТУРНЫЙ УРОВЕНЬ

Литосфера – это сложное образование преимущественно твердого вещества, обволакивающего мантию Земли, слоем от 50 до 200 км. Литосфера залегает на астеносфере – пластичном слое, находящемся в верхней мантии Земли. Астеносфера пластична, по ней перемещаются атмосферные плиты.

Верхнюю часть литосферы слоем от 30 до 60 км на континентах, и до 5 –10 км под океанами называют земной корой . Слой верхней мантии отделен от земной коры разделом Мохоровичича – раздел резкой смены плотности вещества.

Строение Земли в целом и подробно рассматривается в курсе общей геологии. Напомним только факты, наиболее существенные в географическом отношении. Итак, Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Свойства земной коры изменяются резко на границе земной коры и мантии. Здесь и проведена линия Мохоровичича (Мохо). Плотность Земли от центра уменьшается - 11.0 центр ядра, в г/ см 3 , до 5.3 – 3.4 в мантии и 2.6 – поверхность земной коры. Средняя плотность земной коры 5.52 г/см 3 .

Земля представляет собой магнит - диполь. Её магнитные полюса расположены в северном и южном полушариях в небольшом удалении от географических полюсов.

Литосфера на материках трехслойная. Верхний ее слой образован осадочными породами, средний условно называется гранитным . Под океанами гранитный слой тонок или отсутствует. Он сложен «кислыми» (гранитными) легкими изверженными породами. Его плотность 2.7 – 2.8 г/ см 2 . Нижний слой литосферы называют базальтовым . Он образован более тяжелыми породами, его плотность приближается к 3.0 г/ см 2 . В отличие от гранитного слоя, базальтовый распространяется и под материками и под океанами. Причем, под океанами базальтовый слой тоньше, чем под материками.

Различают типы земной коры: два основных - материковый и океанический – и один промежуточный – переходный.

Материковая земная кора состоит из трех слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Средний слой около 35 км. Материковая земная кора имеет меньшую плотность, чем океаническая. Поэтому, она возвышается (плавает) над океанической. Океаническая кора двухслойная. Базальтовый слой – основной. На нем лежит маломощный осадочный слой. Гранитный слой отсутствует. Мощность океанической коры 5 –10 км, мощность осадочного слоя, как правило, меньше 1 км.

Переходный тип земной коры расположен между участками материковой и океанической коры. Это кора двухслойная, состоящая (в отличие от океанической) из очень мощного слоя осадочных пород, подстилаемого базальтом. Она известна в окраинных морях Восточной Азии (от Берингова до Южно-Китайского), Зондском архипелаге, и других районах мира.

В строение земной коры принимают участие три основных типа горных пород: магматические, осадочные, метаморфические.

Магматические породы образуются за счет остывания магмы. В зависимости от условий, в которых происходит этот процесс, формируются интрузивные (на глубине) и эффузивные (излившиеся на поверхность) горные породы. К интрузивным относятся гранит, габбро и др. К изверженным - базальт, липарит, вулканический туф, вулканическое стекло и др.

Осадочные породы образуются на земной поверхности различными путями. Часть из них формируется из продуктов разрушения других пород – обломочные. Их размеры самые разные: от глыб и валунов до пылеватых частиц. Часть осадочных пород формируется за счет жизнедеятельности организмов – органогенные. Это известняки (мел, ракушечники и др.), кремнистые породы, каменный и бурый уголь, некоторые руды. Значительное место в земной коре занимают хемогенные осадочные породы. Они образуются за счет химических реакций, происходящих на земной поверхности – главным образом в водной среде. К ним относятся известняки и мергели, соли (палит, ангидрит), руды металлов и др.

Метаморфические горные породы образуются из других пород под воздействием различных факторов: высота, температура, давление, в недрах контакта с породами другого химического состава или другого физического состояния. Это гнейсы, кристаллические сланцы, мрамор. Большую часть объема земной коры занимают кристаллические породы магматического и метаморфического происхождения – около 90 %. Но для географической оболочки важнее маломощный и прерывистый слой осадочных пород, который на большей части непосредственно контактирует с воздухом и водой. Наиболее распространенны в осадочной толще глины и глинистые сланцы (50%), пески и песчаники (23.6%), и известняки (23.4%).

Земная кора формировалась чрезвычайно длительное время. Наиболее древние участки ее имеют возраст около 4 млрд. лет. Наиболее древние элементы материковой земной коры – древние докембрийские платформы. У них различают фундамент. Это нижний слой. Состоит из метаморфических пород, смятых в складки, разбитых на блоки. Прорваны магматическими интрузиями. На фундаменте лежит горизонтально залегающая толща сложных осадочных пород. Это верхний слой. Он образовался гораздо позже фундамента. Последние 0.5 млн. лет древние платформы отличает стабильность, отсутствие складчатого движения.

Выделяют платформы в северном полушарии – Северо-Американскую, Русскую, Сибирскую, Китайскую; в южном полушарии – Южно-Американскую, Африканскую, Аравийскую, Индостанскую, Австралийскую, Антарктическую.

В геологической истории осадочные породы горообразовательные процессы неоднократно захватывали значительные участки земной коры. В течение 550 – 600 млн. лет имели место каледонская, герцинская, тихоокеанская (мезозойская) и альпийская складчатости. В их областях находятся древние и молодые горы.

Древними называют горы, которые характеризуются небольшими высотами и амплитудами рельефа, сглаженными формами. Это Урал, горы Средней Азии, Европы, Алтай, Саяны и др.

Молодыми называют горы альпийского облика – высокие, сильно расчлененные, с резкими очертаниями. Это Альпы, Гималаи, Кавказ, Анды, Кордильеры и др.

Гидросфера располагается между земной корой и атмосферой и представляет собой совокупность океанов и морей, поверхностных вод, льдов и снегов.

Основная часть воды сосредоточена в океанах 96.5%. Вода присутствует на Земле в трех фазах: твердом (лед), жидком и парообразном (газы). Два типа вод образуют материковую и океаническую части гидросферы: пресная и соленая. В подземных водах и ледниках сосредоточена основная часть пресной воды. Объем подземных вод, особенно в нижних частях земной коры, точно не известен, и оценивается приблизительно. По Львовичу (1974) общий объем пресных вод на Земле составляет 28.25 млн. км 3 , или 2% общего объема гидросферы, 98% - воды, в различной степени минерализованные. Это воды океанов и морей (96.5%), соленые воды озер и значительная часть подземных вод. Из 2% пресных вод – 85% сосредоточено в полярных ледниках, пока недоступных для использования человеком.

Итак, мы имеем многообразное видовое наличие вод в гидросфере, то есть в географической оболочке. Несмотря на это многообразие, гидросфера едина . Ее единство связано с общим происхождением вод – поступлением их из мантии Земли – и с непрерывным водообменом. Воды Мирового океана покрывают большую часть поверхности планеты – 70.8% и образуют практически непрерывную водную оболочку Земли .

Единый Мировой океан исторически принято делить на отдельные части – океаны. Внутри каждого океана выделяются более мелкие части – моря, заливы, проливы, лиманы и др.

Мировой океан – это большой отстойный бассейн. Он аккумулирует различные вещества, поступающие с суши. В морской воде присутствуют почти все элементы таблицы Менделеева. Средняя соленость 35 ‰, то есть в 1 000 кг морской воды содержится 35 кг солей. Основная часть солей – хлорида натрия и магния. Максимальная соленость наблюдается в тропических и частично субтропических районах – там, где больше испарение (Е) и сравнительно мало выпадает атмосферных осадков (х). В приэкваториальной зоне происходит некоторое снижение солености. Еще больше она снижается в умеренных, субполярных и полярных районах.

В воде океанов и морей растворены также газы. Особенно О 2 и СО 2 . Между океаном и атмосферой происходит постоянный обмен газами, так, что океан выступает регулятором их содержания в атмосфере .

Важное значение имеет плотность морской воды. Ее средняя величина 1.025 г/см 3 . Соленая морская вода имеет максимальную плотность при температуре замерзания. Поэтому охлажденная морская вода погружается вниз. Это вызвано тем, такая вода наиболее плотная, а, значит, тяжелая. Только благодаря стоку пресных вод океаны покрываются льдом. Это вызвано тем, что у несоленых неплотных вод температура замерзания другая – выше.

Сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенных районах Мирового океана, обладающий относительно постоянными физическими, химическими, биологическими свойствами, и образующий единый комплекс (природно-аквальный), называется океанической водной массой .

Водные массы в океанах являются аналогами природных территориальных комплексов на суше. Границы между водными массами в океане выражены менее отчетливо, чем границы природных территориальных комплексов на суше. По вертикали выделяют четыре основные водные массы или структурные зоны: поверхностную, промежуточную, глубинную и придонную.

Поверхностная структурная зона распространяется примерно до глубин 300 м. Ее воды активно взаимодействуют с атмосферой. Иногда этот слой называют океанической тропосферой – по аналогии с тропосферой атмосферы.

В поверхностном слое происходит активное перемешивание воды, он богат О 2 и СО 2 , организмами. Его физические характеристики и соленость подвержены колебаниям, что связано с воздействием атмосферы.

Поверхностные воды захвачены течениями , которые образуют специфические круговороты. В горизонтальном направлении поверхностные волы разделяются океаническими фронтами на разные водные массы. Выделяют следующие типы водных масс:

а) экваториальные , с температурой воды 26 – 28 0 , соленостью 33 – 35 ‰, содержанием О 2 3 – 4 г/ м 3 и относительно небольшой насыщенностью жизненными формами;

б) тропические. Делятся на северотропические и южнотропические, с температурой воды от 18 до 27 0 С, соленостью 34.5 – 35.5 ‰, содержанием О 2 2 – 4 г/ м 3 ;

в) субтропические . Делятся на северо-и жносубтропические с температурой от 15 до 28 0 С, соленостью от 35 до 37 ‰, содержанием О 2 4 – 5 г/ м 3 ;

г) субполярные . Делятся на субарктические и субантарктические, с температурой от 5 до 20 0 С, соленостью 34 – 35 ‰, содержанием кислорода 4 – 6 г/ м 3 . Весьма богаты жизненными формами: рыбой, млекопитающими (киты, тюлени и др.). Именно в этих водных массах находятся основные рыболовецкие районы.

д) полярные . Делятся на арктические и антарктические водные массы, с низкими температурами, от 5 до 2 0 С, пониженной соленостью 32 – 34 ‰, весьма богатые О 2 - 5 – 7 г/ м 3 . Большую часть года они покрыты льдами, но тем не менее богаты жизнью, особенно в контактных зонах (каменистые берега, кромка льдов и др.).

Переходная или промежуточная структурная зона располагается на глубинах от 300 до 2 000 м.

Глубинные водные массы занимают большую часть объема океана. Для них характерна невысокая температура (2 – 3 0 С), отсутствие ее сезонных колебаний, а также – сезонных изменений солености и содержания кислорода.

Придонные воды заполняют наиболее глубокие части океана. Как и глубинные, они образуются в результате опускания холодных полярных поверхностных водных масс.

В придонных водах наблюдается некоторое повышение температуры, что связано с потоком тепла из недр.

Океанические фронты , формирующиеся в зонах контакта и взаимодействия различных водных масс, отмечаются вихревыми движениями вод – циклоническими и антициклоническими, скоплением жизни, активным взаимодействием с атмосферой. Они динамичны и неустойчивы. В основном не приурочены к определенным районам.

Поверхностные воды суши - реки, озера, болота. Составляют небольшой процент – всего 0.014% от мировых запасов воды. Но они играют существенную роль в природных процессах, протекающих в географической оболочке.

Реки – наиболее активный элемент этих вод. В них находится примерно 2 100 км 3 воды, в то время как в океан стекает за год 47 000 км 3 . Значит, объем воды в реках обновляется каждые 16 дней. Для сравнения скажем, что воды океана проходят через большой круговорот примерно за 2.5 тыс. лет наряду со стоком , важнейшей характеристикой рек является их питание . Оно может быть снеговым, дождевым, ледниковым, подземным. Большие реки имеют смешанное питание, которое включает и дождевое и подземное, а нередко и снеговое и ледниковое. Это зависит от глубины бассейна и разнообразия его ландшафтов. Годовой сток рек тесно связан с их питанием. Так, реки преимущественно снегового питания обладают ярко выраженным весенним половодьем и летней меженью. Реки ледникового питания отличаются преимущественно летним стоком, так как именно летом ледники в горах (Аму-Дарья, Сыр-Дарья, Кубань, Терек и др.). Сток в реках дождевого питания зависти от осадков. Осадки, а значит и сток, могут быть летними в условиях муссонного климата, зимними, в средиземноморских областях, равномерными в течение всего года (реки Западной Европы).

Следовательно, реки определяются в большей мере климатическими условиями. Не случайно, наш великий климатолог А. И. Воейков высказался: «Реки – продукт климата».

Текучие воды рек обладают кинетической энергией, производят значительную работу – размывают русло, транспортируют продукты размыва – аллювий . Речные отложения образуют аллювиальные равнины. Например, аллювиальным равнинам относятся: Амазонская, Западно-Сибирская, Восточно-Сибирская, Конголезская и др. Аллювием сложены дельты в устьях рек Нил, Лена, Волга, Парана, а также речные террасы на склонах долин.

В современную эпоху идет процесс загрязнения поверхностных вод органическими и неорганическими веществами промышленного и сельскохозяйственного происхождения. В результате некоторые озера эктрофируются, то есть бурно зарастают водорослями. Опасно загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами, химическими отходами, средствами защиты растений.

Обращает на себя внимание различие химического состава солей, растворенных в морских и речных водах. В океанических водах преобладают хлориды сульфаты, в реках господствуют карбонаты (до 60% массы солей). В морской воде их всего 0.3%.

Озера . Их роль в географической оболочке важна и многообразна. Озера: а) регуляторы речного стока; б) они часто служат крупными аккумуляторами пресной воды. Например, Байкал: 23 10 12 м 3 воды, Танганьика: 18.9 10 12 , озеро Верхнее: 16.6 10 12 м 3 воды; в) озера содержат запасы ценных видов рыб; г) в некоторых озерах добываются полезные ископаемые; д) озера играют существенную роль в водном балансе поверхностных вод суши.

Общая площадь, занимаемая озерами, оценивается приблизительно в 2 млн. км 2 , с суммарным объемом вод более 1.76 10 14 м 3 . Это в четыре раза превышает суммарный годовой сток всех рек земного шара.

Во второй половине XX века человек создал около 10 тысяч искусственных озер - водохранилищ. Объем их вод 5 10 12 м 3 . Наибольшее количество - в России, на Украине, в Средней Азии, США, Канаде, Индии. Их значения и функции: водорегулирующие, мелиоративные, судоходные, рыбохозяйственные и др. Создано сотни тысяч прудов, которые имеют водохозяйственное и рыбохозяйственное значение.

Болота . Это область суши с резко избыточным увлажнением, застойным или слабо проточным режимом вод и специфической гидрофитной растительностью. Они занимают 2% суши (их площадь 2.7 10 6 км 2). Болота служат аккумуляторами атмосферных, речных, грунтовых вод. Медленно отдавая эти воды в реки, они тем самым регулируют меженный сток.

Подземные воды . Находятся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом (вечная мерзлота), парообразном состоянии. По происхождению различают типы подземных вод: инфильтрационные – образовались вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод; конденсационные – возникают в порах и трещинах горных пород из водяного пара.

По физическому состоянию подземные воды бывают семи типов:

1. Гравитационные – перемещаются под действием силы тяжести, заполняют трещины и пустоты земной коры, перемещаются по ним, а также занимают замкнутые понижения на земной поверхности (образуя океаны, моря, озера).

2. Капиллярные – заполняют мелкие поры в почвах и горных породах, удерживаются за счет сил поверхностного натяжения, перемещаются в зависимости от градиента температуры и влажности породы, даже против градиента силы тяжести. Благодаря этому они поступают к поверхности. Гравитационные и капиллярные грунтовые воды активно участвуют во влагообороте .

3. Пленочная вода – обволакивает частицы почвы и притягивается к ней силой поверхностного натяжения. Поэтому, слабо участвует во влагообороте и плохо используется растениями.

4. Гигроскопическая – обволакивает мелкие агрегаты, почвы, удаляется только при сильном нагревании.

5. Кристаллизационная вода физически связана в минералах (гипсе и др.). Поэтому, при ее удалении изменяются их физические свойства.

6. Конституционная вода . Она химически связана в минералах таким образом, что при ее удалении минералы разрушаются.

Грунтовые воды – это первый слой от земной поверхности, постоянно существующий. Грунтовые воды, как правило, пресные, относятся к зоне активного водообмена.

Межпластовые воды – подземные воды, залегающие ниже грунтовых, отделены от них пластами водонепроницаемых пород. Находятся на глубине 200 – 300 м, относятся к зоне относительно активного водообмена . Они частично разгружаются в глубокие речные долины и в океан, по преимуществу пресные, или слабоминерализованные – до 10 г/л солей. В том случае, когда межпластовые воды находятся под гидростатическим давлением, они называются напорными или артезианскими .

Зона замедленного водообмена находится ниже уровня моря. Ее подземные воды разгружаются только в океан. Они преимущественно соленые (до 50 г/л), а иногда представляют рассолы (свыше 50 г/л).

Криосфера . Ей свойственны отрицательная и нулевая температуры. Относятся сезонный и многолетний сменный покровы; сезонная и многолетняя (вечная) мерзлота; почвы и горные породы, содержащие лед в пустотах; горные ледники и ледниковые покровы; трещинные и погребенные льды, и т.д. К криосфере относятся также и мигрирующие облака, содержащие снег и лед в том числе и серебристые облака.

Криосфера – это прерывистая и непостоянная по конфигурации оболочка Земли.

Криолитозона – верхний слой земной коры, обладающий отрицательными температурами и характеризующийся наличием подземных вод и сезонным промерзанием почв. Общая площадь постоянного снегового покрова на суше 2 млн. км 2 в северном полушарии и 14 млн. км 2 в южном. Кроме того, в высокогорных ледниках и на постоянных морских льдах площадь снегового покрова около 14 млн. км 2 . Следовательно, общая площадь снежного покрова в обоих полушариях около 30 млн. км 2 , то есть снегом покрыто около 6% всей поверхности планеты. Наряду с этим, огромную площадь на суше и на морских льдах занимают сезонные (временные) снега – в северном полушарии не менее 59 млн. км 2 , в южном – около 2 млн. км 2 . На сезонных морских льдах снежный покров занимает площадь 24 млн. км 2 . И в целом, общая площадь в обоих полушариях постоянных и временных снегов на Земле около 113 млн. км 2 , то есть 22% поверхности Земли.

Постоянный снежный покров служит источником образования многих льдов – горных и материковых ледников. Они образуют мощные ледовые покровы в Антарктиде, Гренландии, на островах Земли – Франца – Иосифа, Шпицбергена, в Исландии. В ледниках сосредоточено почти 69% всех запасов пресной воды на Земле. 85% льдов заключено в ледниковом покрове Антарктиды. Подсчитано, что таяние этих льдов увеличивал бы уровень Мирового океана на 50 – 60 м и привело бы к затоплению примерно 20 млн. км 2 суши, той самой, которая особенно густо заселена и интенсивно освоена.

Ледники и ледниковые покровы перемещаются под влиянием силы тяжести и производят огромную разрушающую работу – экзарацию (выпахивание) поверхностных горных пород, транспортируют продукты разрушения и откладывают их – морены, а также целые толщи галечников, гравия, песка.

Снежный покров , как постоянный, так и временный, оказывает большое внимание на географические процессы. Белый снег обладает высокой отражательной способностью, поэтому большая часть солнечных лучей отражается от него в атмосферу. Сезонный снежный покров зимой является аккумулятором значительного количества воды, которая высвобождается в весеннее время.

Вечная или многолетняя мерзлота – это часть земной коры, которая на протяжении долгого времени характеризуется средней нулевой или отрицательной температурой (t 0 С). В таких условиях вода круглый год находится в твердой фазе. Мерзлота распространена на площади 21 млн. км 2 – 14% суши. Большая ее часть сосредоточена в северном полушарии – Северной Евразии, Канаде, на островах Арктики, в Гренландии; в южном полушарии – Антарктические острова, горные хребты Южных Анд. Распределение ее отличается резко выраженной асимметрией - в северном полушарии 20 млн., в южном полушарии – 1 млн. км 2 . Солифлюкционные потоки – движение по склонам разжиженных пород. Мерзлота препятствует проникновению в почву корней деревьев, поэтому на ней произрастает только немногие растения, обладающие поверхностной корневой системой (даурская лиственница и др.).

Атмосфера – внешняя газовая оболочка Земли. Обладает ярусным строением. Воздух удерживается около земной поверхности силой притяжения. Нижнюю часть атмосферы, непосредственно примыкающую к земной поверхности, называют тропосферой . Ее средняя мощность 11 км (в полярных широтах – 8 км, в экваториальных – 17 км). Здесь сосредоточено более 80% всей массы атмосферы. От земной поверхности тропосфера получает тепло. Газовый состав тропосферы формируют живые организмы, продукты выветривания горных пород, осадкообразования. Отчетливо выражено понижение температуры с высотой на 0.6 0 С на каждые 100 м высоты (h). Характерно интенсивное движение воздуха. Происходят вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс. Тропосфера содержит основное количество всей атмосферной влаги в виде водяного пара и капель воды (облака, туман), кристаллов льда, града. В тропосфере зарождаются и развиваются пассаты, муссоны, ураганы и другие явления. На верхней границе тропосфера завершается тонким переходным слоем – тропопаузой. Выше тропопаузы уже нет атмосферной конвекции.

Стратосфера наблюдается до высоты 20 км. Опускание температуры не происходит. Она везде – 60-70 0 С – это в нижней стратосфере. Выше идет слой постоянного повышения температуры. Это явление обусловлено нагреванием озона за счет коротковолновой радиации – верхняя стратосфера. По-другому стратосфера называют озоновой сферой, так как в ней наблюдается повышенное содержание О 3 (высота около 25 км). Над стратосферой располагается мезосфера – до высоты 80 км. Здесь температура понижается до – 90 0 С. Еще выше располагается ионосфера до высоты 800 – 1000 км. Температура повышается до 220 0 С на высоте около 150 км, до 1 500 0 С – на высоте около 600 км. Температура высоких слоев атмосферы определяется по скорости кинетического движения частиц. Термосфера (или ионосфера) поглощает рентгеновское излучение солнечной короны. Выше 1 000 км располагается экзосфера (внешняя атмосфера). В ней скорость движения атомов и молекул достигает второй космической скорости – 11.2 км/сек. Это позволяет им преодолевать земное притяжение, рассеиваться в космическом пространстве. Наиболее интенсивно уходят атомы Н 2 , которые образуют вокруг земной атмосферы корону – до высот 2 –3 тыс. км.

Состав атмосферы . Воздух состоит из совокупности постоянных и переменных компонентов. К постоянным относятся газы (N – 78%, O 2 – 21%, аргон – 0.93%), а также неон, гелий, криптон, ксенон и др. К переменным компонентам относятся диоксид углерода, водяной пар, озон, аэрозоли. Диоксид углерода (СО 2) занимает всего 0.03% объема воздуха. Его содержание колеблется по сезонам года, изменяется в многолетнем разрезе и неодинаково – в разных районах земного шара. Зависит от природных процессов и хозяйственной деятельности человека. Водяной пар поступает в атмосферу от подстилающей поверхности. Его содержание еще более изменчиво, зависит от времени года и суток. Диоксид углерода и водяной пар служат атмосферными фильтрами, задерживающими длинноволновое излучение земной поверхности. Возникает оранжерейный (парниковый) эффект атмосферы . Имеет очень большое значение как термодинамический фактор.

В связи с интенсивным развитием промышленности, распашкой земель и другими хозяйственными мероприятиями, резко возрастет запыленность воздуха, увеличивается мутность атмосферы, что ведет к уменьшению приходящей солнечной радиации. Аэрозолями называют частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии: вулканическая пыль, продукты горения (дымы), минеральная пыль, споры и пыльца растений, микроорганизмы, кристаллики морских солей. Большая часть аэрозолей находится в тропосфере. Некоторая часть аэрозолей доходит и до стратосферы благодаря полетам самолетов и ракет. Здесь они устойчивы и могут находиться более 2 лет. Накопление аэрозолей в стратосфере является фактором изменения планетарного климата.

Часть атмосферы, которая имеет постоянный газовый состав, называют гомосферой . В более высоких слоях атмосферы, под воздействием ультрафиолетовой и корпускулярной радиации Солнца, происходит диссоциация молекул. Эту часть атмосферы (выше 90 – 100 км) называют гетеросферой .

В тропосфере существует одновременно несколько десятков воздушных масс, которые постоянно перемещаются, изменяют свои физические характеристики, то есть трансформируются, и приносят с собой свойственную им погоду: жаркую, сухую, холодную и т.д.

Воздушные массы (ВМ) – это большие объемы воздуха, соизмеримые со значительными частями материков и океанов, сравнительно однородные по температуре, испарению, осадкам, влажности воздуха, и другим характеристикам.

Атмосферные фронты – пограничные слои, разделяющие эти массы. Здесь наблюдается интенсивное движение воздуха, ибо встречаются воздушные массы с различными температурами, влажностью, а значит и плотностью. На фронтах зарождаются огромные вихревые движения воздуха – циклоны и антициклоны . В зоне фронтов – выпадают осадки, происходит резкая смена погоды. Таким образом, атмосферные фронты – наиболее динамичные части тропосферы.

Воздушные массы можно объединить в типы:

1. экваториальный воздух (ЭВ) . Образуется в экваториальной зоне, поэтому отличается высокой температурой и испарением. Эти свойства характерны и для суши. Поэтому, экваториальный воздух не разделяют на морской (М) и континентальный (К). Летом экваториальный воздух заходит в субэкваториальный пояс, приносит в эти работы обильные осадки (х).

2. тропический воздух (ТВ) – воздушные массы формируются в тропических и субтропических широтах над океанами и сушей (пустыня Сахара, Аравийский полуостров, Мексика, Австралийские пустыни). Летом континентальный тропический воздух формируется над аридными районами умеренных широт (северная Азия, Монголия, северный Китай, Большой бассейн в Северной Америки). Континентальный тропический воздух характеризуется высокими температурами и пониженной влажностью. Над засушливыми районами содержится в воздушной массе значительное количество аэрозольных частиц и прежде всего минеральной пыли. Морской тропический воздух - прохладнее континентального, содержит большое количество влаги. Благодаря этому, с поверхности океана происходит сильное испарение.

3. умеренный воздух (УВ) – формируется в умеренных поясах (зимой в субтропиках), отличается разнообразием. Континентальный умеренный воздух развивается над континентальным, летом он сильно прогревается, становится влажным и приближается к континентальному тропическому воздуху по физическим свойствам. Зимой континентальный умеренный воздух сильно охлаждается и становится сухим из-за незначительного испарения. Морской умеренный воздух формируется над океанами в средних широтах и отличается повышенной влажностью и температурой; зимой он приносит оттепели и осадки, летом прохладную, пасмурную с осадками погоду. Летом воздух умеренных широт занимает субарктический или субантарктический пояс.

Арктический (антарктический) воздух (АВ, АнтВ) образуется над ледовыми и снежными покровами, которые сильно выхолаживаются в зимнее время, особенно во время полярной ночи. Для него характерны низкие температуры, малое влагосодержание и большая прозрачность. Различают континентальный арктический воздух – он формируется над ледниками Гренландии, Антарктиды, островами Арктического бассейна, а зимой - над ледяными полями океана; и морской арктический воздух – над открытыми водными поверхностями Северо-Ледовитого океана и Южного океана. Первый – очень холодный и сухой, второй – более теплый и влажный. Вторжение арктического воздуха и антарктического воздуха в умеренные широты всегда приносит похолодание летом и сильные морозы зимой. Зимой арктический воздуха и антарктический воздух занимают также субарктический и субантарктический пояса.

Биосфера – совокупность живых организмов, населяющих географическую оболочку. Жизнь сосредоточена в узком, мощностью несколько десятков метров, приповерхностном слое Земли. Однако, в рассеянном виде (главным образом в виде бактерий) она проникает до 3 км в глубь земной коры (под океанами на глубину 0.5 – 1 км от дна) и захватывает всю тропосферу.

В современных классификациях органический мир Земли делится на четыре царства: дробянки, к которым относятся сине-зеленые водоросли, грибы, растения и животные.

Важная особенность живых организмов – их способность приспосабливаться к разным условиям существования и видоизменяться. В связи с этим, исследованиями взаимоотношений организмов и среды занимается наука экология.

Большим экологическим разнообразием отличаются бактерии. Они распространены в воздухе до высоты озонового экрана, в воде на всю глубину океана, в почвах, в коре выветривания, преимущественно выше горизонта грунтовых вод, в некоторых месторождениях полезных ископаемых (нефть, газ и др.).

Специфические экологические функции выполняют лишайники. Они неприхотливые, но светолюбивые, и поэтому, обычно являются пионерами растительности. Поселяются на выходах горных пород и других непригодных для жизни местах. Тем самым лишайники способствуют освоению непригодных мест.

Экологические свойства растений и животных наиболее изучены. Это свет, тепло, влага, почвенно-грунтовые условия, степень загрязненности воздуха. Например, по отношению к влаге различают ксерофиты – растения сухих местообитаний (ковыли, полыни и др.), мезофиты – растения местообитаний с умеренным увлажнением (больше луговых и лесных трав), гигрофиты - обитанием переувлажненных местообитаний (низких участков пойм, рек, болот). Некоторые растения живут в воде – гидрофиты и т.д. Очень большую роль играют эдафические (почвенные) условия. В почве растения закрепляют свои корневые системы, из нее получают влагу и питательные вещества. Значение имеют такие свойства почвы, как гранулометрический состав, пористость, содержание гумуса, растворимых солей, структура и т.д. Для многих животных почва – основная или единственная среда существования.

Сообщества организмов. Организмы образуют на земной поверхности закономерные группировки, которые формируются в ходе длительного приспособления организмов друг к другу и к условиям среды. Такие группировки называются биоценозами. Органический мир суши – наиболее важные функции выполняют растения. Им принадлежит роль созидателей органического вещества и свободного кислорода атмосферы . Группировки растений суши разбиваются на: наиболее крупные типы растительности делятся на формации, затем на фитоценозы.

На поверхности материков 22 типа растительности: тундровая, таежная, широколиственная, степная, кустарниково-древесная, субтропическая и др. Каждый из типов растительности характеризуется определенными чертами структуры и динамики , характером ярусности и связей между организмами, интенсивностью воспроизводства живого вещества и т.д.

Типы растительности размещаются в зависимости от климатических условий, образуют горизонтальную и высотную зоны. Например, в условиях большого количества тепла и влаги формируются влажные тропические леса с многоярусной структурой растительного покрова, обилием видов, высокой интенсивностью процессов роста, отмирания и разложения органических остатков. При недостатке влаги развиваются различные варианты степного и пустынного типов растительности . В субполярных и полярных районах, где недостаточно тепла и короткий вегетационный период, формируются тундры и арктические пустыни.

Животные суши – также образуют закономерные группировки особей, находящихся в сложных взаимоотношениях как между собой, так и с растительностью, и с абиотической средой. Такие группировки называют зооценозами. Они менее устойчивы пространственно, чем фитоценозы, вследствие мобильности животных, тем не менее, для каждого фитоценоза характерен определенный зооценоз.

В совокупности фитоценоз, зооценоз и микроорганизмы образуют биоценоз .

Органический мир океана. Живые организмы населяют всю толщу океанических вод. По типу местообитания и образу жизни морские организмы объединяются в три группы:

1. планктон – пассивно перемещающиеся, преимущественно по вертикали одноклеточные водоросли и некоторые виды животных (одноклеточные рачки, медузы). Они связывают цепи питания поверхностных и глубинных слоев.

2. нектон – активно передвигающиеся животные – рыбы, китообразные, головные моллюски и др.

3. бентос - организмы, живущие на дне.

Растительные организмы развиваются преимущественно в слое до 400 м глубины. Сюда проникает свет, поэтому возможен фотосинтез. Всего насчитывается около 10 тысяч видов морских растений. Преобладают водоросли. Животные распространены во всех слоях океана (около 160 тысяч видов). Среди них преобладают моллюски, ракообразные, рыбы, простейшие.

Ниже глубины проникновения света нет растений, следовательно, не создается первичная органическая продукция, и животные питаются за счет остатков организмов, поступающих сверху. Органический мир в океане распределяется неравномерно, в зависимости от температуры, света, солености, прозрачности, наличия биогенных веществ, характера грунта и т.д.

Распределение живого вещества. Совокупность организмов, выраженная в вещественно-энергетическом отношении (масса, химический состав, энергия) называется живым веществом. Основной характеристикой живого вещества является биомасса . Она распределяется в географической оболочке очень неравномерно. Наиболее общая закономерность в ее распределении, свойственная всей географической оболочке – концентрация биомассы в зонах контактов контрастных сред.

Главная контактная зона географической оболочки, ее фокус – граница суши и океана с атмосферой. Максимум живого вещества, приуроченный к фокусу географической оболочки, убывает, и вверх и вниз.

Подавляющая часть биомассы сосредоточена на суше. Биомасса суши приблизительно в 200 раз больше биомассы океана. Речь идет о живой биомассе. На суше фитомасса на три порядка превосходит зоомассу, в океанах зоомасса больше, чем фитомасса, примерно в 26 раз.

И среди животных, и среди растений океана, доминирует планктон.

Отдельно остановимся на понятии почвенный покров. Почвой называют поверхностный слой земной коры, возникающий в результате воздействия воды, воздуха, организмов на горные породы. Почва – особое природное образование, обладающее плодородием, то есть способностью обеспечивать растения, усвояемыми минеральными солями, влагой, и давать урожай.

В почве обитает множество различных организмов, бактерий, почвенная микрофауна, грибы, корневые системы высших растений, некоторые животные (черви, личинки и др.). Они выполняют огромную работу по преобразованию мертвых органических остатков в минеральные соединения, которые усваиваются растениями .

Подобно криосфере почва принадлежит к производным (а не основным) компонентам географической оболочки, ибо она образовалась позже основных компонентов (литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы) и является результатом их взаимодействия.

Почвенный покров не образует целостной сферы, охватывающей всю планету (как основные геосферы Земли), а расположен только на земной коре, и только на континентах.

Почвы, как основные компоненты географической оболочки, обладают ясно выраженным ярусным строением (почвенные горизонты). Это свидетельствует о том, что они находятся под сильным воздействием силы тяготения (как и земная кора, и гидросфера, и атмосфера).

Анализ состава и строения географической оболочки позволяет говорить о роли в ней отдельных компонентов. Как основные геокомпоненты, так и производные (криосфера, педосфера) необходимы для нормального функционирования географической оболочки.

Уничтожение, либо даже значительное сокращение геокомпонентов (например, ледниковых покровов Антарктиды, Гренландии, или обширных болот Полесья, Западно-Сибирской равнины) может повлечь за собой далеко идущие последствия, которые повлияют на всю географическую оболочку, потому что она – целостная система.

Ф. Н. Мильков выделяет и обосновывает еще одну сферу:

Ландшафтная сфера - это центр географической оболочки, ее активное ядро. Ландшафтная сфера – это тонкий слой прямого соприкосновения контакта, и энергичного взаимодействия земной коры, воздушной тропосферы и водной оболочки. Она насыщена органической жизнью, а потому о ней можно сказать, что это биологический фокус географической оболочки Земли. Ландшафтная сфера – это место трансформации солнечной энергии в различные виды земной энергии, это среда, наиболее благоприятная для развития жизни . Именно к ней приурочены по выражению В. И. Вернадского, «сгущения жизни» биосферы.

Можно сказать, что ландшафтная сфера – совокупность аквально-территориальных ландшафтных комплексов на суше, в океане и на ледниках. Она возникает на стыке земной коры с атмосферой и представляет качественно новое образование , которое нельзя отнести ни к одной из вышеназванных сфер.

Ландшафтная сфера близка к биосфере, но между ними есть и различия:

1. ландшафтная сфера имеет глобальное распространение. Она развита даже там, где нет биосферы или по Милькову (1990) – биострома (живого покрова). Например, где нет биострома – ледяной щит Антарктиды, свежие лавовые покровы;

2. слой ландшафтной сферы больше, чем слой биосферы. Помимо растительности и животного мира в ее состав входят на суше приземные слои воздуха, почва, современная кора выветривания. На фоне географической оболочки ландшафтная сфера очень тонкий горизонт, мощностью от нескольких десятков до 200 – 250 м.

Ф. Н. Мильков справедливо подчеркивает, что ландшафтная сфера выполняет роль вибрирующего генератора и трансформатора межструктурного вещества и энергии, которые могут рассматриваться до внешних границ географической оболочки.

Выделение ландшафтной сферы не означает отрыва и тем более противопоставления географической оболочки. Познание как части целого возможно только в тесной связи и на фоне всей географической оболочки. При этом вертикальные границы фона все более раздвигаются по мере возрастания таксономического ранга ландшафтных комплексов.

"! В сегодняшнем выпуске Клуба я буду отвечать на вопрос мамы Ани и ее сына Дани (7 лет): "Если бы не было магмы, Земля бы остыла? "

Чтобы я могла ответить на этот вопрос, нам надо разобраться в строении Земли. И поможет нам в этом обыкновенное яйцо. Сверху яйцо покрыто тонким слоем твердой, но хрупкой скорлупы. Если мы ее расчистим, под ней будет слой белого вещества - белок. А в самой середине мы увидим желтенький шарик - желток.

Примерно так же устроена и наша Земля. Сверху тонкий слой земной коры. Потом идет слой, называющийся мантией, а в самой середине - ядро.

Давайте сделаем мысленный эксперимент и совершим путешествие в глубь Земли. Наверное, ваш малыш уже пробовал копать глубокую-преглубокую яму в песочнице или на пляже? Но сколько бы он ни рыл, он не смог бы прокопать глубже самого верхнего слоя земной коры - почвы (помните, мы уже разбирали строение почвы в одном из прошлых выпусков Клуба). Если бы ему на помощь пришли люди, специальность которых сверлить глубокие-преглубокие скважины, - буровики, - то они бы могли помочь ему докопаться до глубины 4-5 км. Там можно обнаружить древние горные породы, которые образовались еще в те времена, когда Земля была молодой, а также то, что называют полезными ископаемыми - нефть, газ, различные руды. Но все, что люди достают из глубин Земли, еще находится в самом верхнем слое, в той "скорлупке", которая окружает планету-яйцо.

Даже самая глубокая скважина, которую удалось пробурить в земной коре людям, так и не добралась до следующего слоя земных недр - мантии. Находится эта скважина в России, на Кольском полуострове, и углубляется в земную поверхность на 12 км. Это так глубоко! Но по сравнению с Земным шаром такая скважина все равно, что для большого яблока укол иголочкой, который даже не проткнул его шкурку!

Поэтому о том, что происходит внутри Земли, ученые точно сказать не могут. Сведения обо всем, что находится глубже, мы можем получить только косвенным путем (то есть узнать не на опыте, а путем умозаключений). Например, изучая извержения вулканов и волны, которые идут по Земному шару после землетрясений или мощных взрывов.

На сегодняшний день большинство ученых придерживается вот такой модели строения Земли:

Внутри Земли находится твердое внутреннее ядро радиусом 1300 км, состоящее в основном из железо-никелевого сплава с примесью других тяжелых элементов. Температура в центре Земли огромна - по некоторым оценкам она достигает 5500 градусов Цельсия! Это почти столько же, сколько на поверхности Солнца!

Вокруг него до глубины 2900 км расположен слой внешнего ядра. Оно состоит из того же вещества, только находящегося в расплавленном вязкотекучем состоянии.

Дальше, до глубины 1000 км, идет слой мантии - раскаленного твердого вещества (температура его меняется от 500 до 4000 градусов Цельсия). В ней сосредоточен почти весь объем вещества планеты (85%) и на нее приходится 2/3 массы всей Земли. Мантию делят на нижнюю и верхнюю.

В верхнем слое мантии отдельно выделяют слой вязкого пластичного вещества, который называют астеносфера. Именно на нем "плавают" литосферные плиты - участки самого верхнего, твердого слоя Земли, которые и составляют земную кору. Ее толщина невелика: 5 км под океанами и 30-40 км под материками. Из-за движения литосферных плит (медленного или катастрофического - в виде землетрясений), происходит изменение формы земной поверхности: образуются новые горы, моря и прочие элементы рельефа.

Вот тут, в самых верхних слоях Земли - коре и астеносфере на глубинах от 15 до 250 км и образуются магмы (жидкий силикатный расплав), который изливаясь в виде лавы через вулканы, застывает, образуя магматические горные породы (граниты, базальты и проч.).

Предложите ребенку сделать любимый всеми детьми содово-уксусный вулкан и понаблюдать за его извержением. Для этого можно облепить пластилином пузырек из-под микстуры, положить туда столовую ложку соды и осторожно добавить немного уксуса.

Что же будет, если вся магма Земли остынет?

Процесс остывания Земли идет с самого начала ее существования. Когда-то Земля представляла собой раскаленный шар. Но постепенно его поверхность охладилась, и возникла твердая земная кора. Кора постоянно движется, дрейфует и меняет свою структуру из-за того, что под ней находится слой жидкого вещества мантии. Если этот слой застынет, то тогда перестанут извергаться вулканы и остановится вся тектоническая активность, а значит больше не будут двигаться литосферные плиты и прекратиться процесс горообразования. Но вряд ли это как-нибудь повлияет на жизнь на планете. А вот когда Земля остынет полностью (что произойдет, по разным оценкам, через 1-3 млрд. лет), то землян ждут гораздо большие неприятности.

Во-первых, Земля станет холодной. Ведь солнечной энергии хватает на то, чтобы прогреть поверхность нашей планеты всего лишь на глубину около 30 м. Основное тепло Земля получает из своих недр. И если не будет этого тепла, то разница между дневной и ночной температурами на планете станет очень значительной, не спасет даже "одеяло" из атмосферы и гидросферы.

Во-вторых, Земля потеряет свое магнитное поле. По современным представлениям, магнитное поле генерируется в процессе вращения жидкого ядра планеты. Если ядро застынет и "геодинамо" остановится, то Земля останется беззащитной перед потоком радиационных частиц, которые летят на нашу планету от Солнца. А это, скорее всего, приведет к гибели всех высокоорганизованных форм жизни (в том числе и человека).

Но остывание Земли для нас не страшно. Ведь к тому времени, как Земля остынет, жить на ней все равно будет невозможно из-за того, что Солнце увеличится, и его излучение высушит все океаны на планете. Поэтому человечеству придется заранее позаботиться о том, чтобы найти себе новый космический дом и покинуть родную планету. Так что задача будущих поколений (в том числе и наших детей) в том, чтобы направить свои силы и умения на подготовку будущей колонизации землянами других планет. И первым шагом в этом направлении станет намечающийся в ближайшие десятилетия пилотируемый полет на Марс.

Надеюсь, Даня, я ответила на твой вопрос?

А чтобы я ответила и на ваши вопросы, присылайте их мне на почту tavika2000 @ yandex.ua (убрать пробелы) с пометкой "Клуб почемучек". Все присланные в Клуб вопросы, независимо от того, публиковался на них ответ или нет, будут участвовать в розыгрыше приза, который состоится в первую пятницу осени, 6 сентября. Подробности о нем я сообщу позднее.