Земні верстви. Що буде, якщо Земля охолоне? Клуб чомусь. Фізичний та хімічний склади Землі

"! У сьогоднішньому випуску Клубу я відповідатиму на запитання мами Ані та її сина Дані (7 років): "Якби не було магми, Земля б охолола?"

Щоб я могла відповісти на це питання, нам треба розібратися у будові Землі. І допоможе нам у цьому звичайне яйце. Зверху яйце покрите тонким шаром твердої, але крихкої шкаралупи. Якщо ми її розчистимо, під нею буде шар білої речовини – білок. А в самій середині ми побачимо жовтеньку кульку - жовток.

Приблизно так само влаштована наша Земля. Зверху тонкий шар земної кори. Потім йде шар, що називається мантією, а в самій середині – ядро.

Давайте зробимо уявний експеримент і здійснимо подорож у глиб Землі. Напевно, ваше маля вже пробував копати глибоку-преглибоку яму в пісочниці чи на пляжі? Але скільки б він не рив, він не зміг би прокопати глибше верхнього шару земної кори - ґрунту (пам'ятаєте, ми вже розбирали будову ґрунту в одному з минулих випусків Клубу). Якби йому на допомогу прийшли люди, спеціальність яких свердлити глибокі свердловини, - буровики, - то вони могли б допомогти йому докопатися до глибини 4-5 км. Там можна виявити стародавні гірські породи, які утворилися ще в ті часи, коли Земля була молодою, а також те, що називають корисними копалинами - нафта, газ, різні руди. Але все, що люди дістають із глибин Землі, ще знаходиться у самому верхньому шарі, у тій "шкаралупці", яка оточує планету-яйце.

Навіть найглибша свердловина, яку вдалося пробурити в земній корі людям, так і не дісталася наступного шару земних надр – мантії. Знаходиться ця свердловина в Росії, Кольському півострові, і заглиблюється у земну поверхню на 12 км. Це так глибоко! Але в порівнянні з Земною кулею така свердловина все одно, що для великого яблука укол голочкою, яка навіть не проткнула його шкірку!

Тому про те, що відбувається всередині Землі, вчені точно сказати не можуть. Відомості про все, що знаходиться глибше, ми можемо отримати лише непрямим шляхом (тобто дізнатися не на досвіді, а шляхом висновків). Наприклад, вивчаючи виверження вулканів і хвилі, що йдуть Земною кулею після землетрусів або потужних вибухів.

На сьогоднішній день більшість вчених дотримується ось такої моделі будови Землі:

Усередині Землі знаходиться тверде внутрішнє ядро ​​радіусом 1300 км, що складається в основному із залізо-нікелевого сплаву з домішкою інших важких елементів. Температура в центрі Землі величезна – за деякими оцінками вона досягає 5500 градусів Цельсія! Це майже стільки ж, скільки на поверхні Сонця!

Навколо нього до глибини 2900 км. розташований шар зовнішнього ядра. Воно складається з тієї ж речовини, що тільки перебуває в розплавленому в'язкотекучому стані.

Далі, до глибини 1000 км, йде шар мантії - розпеченої твердої речовини (температура її змінюється від 500 до 4000 градусів за Цельсієм). У ній зосереджено майже весь обсяг речовини планети (85%) і на неї припадає 2/3 маси Землі. Мантію ділять на нижню та верхню.

У верхньому шарі мантії окремо виділяють шар в'язкої пластичної речовини, яку називають астеносферою. Саме на ньому "плавають" літосферні плити- ділянки найвищого, твердого шару Землі, які й становлять земну кору. Її товщина невелика: 5 км під океанами та 30-40 км під материками. Через рух літосферних плит (повільного чи катастрофічного - у вигляді землетрусів), відбувається зміна форми земної поверхні: утворюються нові гори, моря та інші елементи рельєфу.

Ось тут, у верхніх шарах Землі - корі та астеносфері на глибинах від 15 до 250 км і утворюються магми (рідкий силікатний розплав), який виливаючись у вигляді лави через вулкани, застигає, утворюючи магматичні гірські породи (граніти, базальти та ін.) .

Запропонуйте дитині зробити коханий усіма дітьми содово-оцтовий вулкан і поспостерігати за його виверженням. Для цього можна обліпити пластиліном пляшечку з-під мікстури, покласти туди столову ложку соди і обережно додати трохи оцту.

Що ж буде, якщо вся магма Землі охолоне?

Процес остигання Землі йде від початку її існування. Колись Земля була розпеченою кулею. Але поступово його поверхня охолоне, і виникла тверда земна кора. Кора постійно рухається, дрейфує та змінює свою структуру через те, що під нею знаходиться шар рідкої речовини мантії. Якщо цей шар застигне, то тоді перестануть вивергатися вулкани і зупиниться вся тектонічна активність, а значить більше не рухатимуться літосферні плити та припиниться процес гороутворення. Але навряд чи це якось вплине життя на планеті. А ось коли Земля охолоне повністю (що станеться, по різним оцінкам, через 1-3 млрд. років), то на землян чекають набагато більші неприємності.

По-перше, Земля стане холодною. Адже сонячної енергії вистачає на те, щоб прогріти поверхню нашої планети лише на глибину близько 30 м. Основне тепло Земля отримує зі своїх надр. І якщо не буде цього тепла, то різниця між денною та нічною температурами на планеті стане дуже значною, не врятує навіть "ковдру" з атмосфери та гідросфери.

По-друге, Земля втратить своє магнітне поле. За сучасними уявленнями, магнітне поле генерується у процесі обертання рідкого ядра планети. Якщо ядро ​​застигне і "геодинамо" зупиниться, Земля залишиться беззахисною перед потоком радіаційних частинок, які летять на нашу планету від Сонця. А це, найімовірніше, призведе до загибелі всіх високоорганізованих форм життя (зокрема й людини).

Але остигання Землі для нас не страшне. Адже на той час, як Земля охолоне, жити на ній все одно буде неможливо через те, що Сонце збільшиться, і його випромінювання висушить усі океани на планеті. Тому людству доведеться заздалегідь подбати про те, щоб знайти собі новий космічний будинок та залишити рідну планету. Отже, завдання майбутніх поколінь (у тому числі й наших дітей) у тому, щоб направити свої сили та вміння на підготовку майбутньої колонізації землянами інших планет. І першим кроком у цьому напрямку стане пілотований політ на Марс, що планується в найближчі десятиліття.

Сподіваюся, Даню, я відповіла на твоє запитання?

А щоб я відповіла на ваші запитання, надсилайте їх мені на пошту tavika2000 @ yandex.ua(прибрати прогалини) з позначкою "Клуб чомучок". Усі надіслані до Клубу питання, незалежно від того, публікувалася на них відповідь чи ні, братимуть участь у розіграші призу, який відбудеться першої п'ятниці осені, 6 вересня. Подробиці про нього я повідомлю пізніше.

Природі знадобилося витратити кілька мільярдів років на те, щоб грунт Землі набув властивостей, завдяки яким на нашій планеті змогла з'явитися рослинність. Спочатку замість ґрунту існували лише гірські породи, які через вплив на них дощ, вітер, сонячні промені почали поступово подрібнюватися.

Руйнування ґрунту відбувалося по-різному: під впливом сонця, вітру та морозів кам'янисті породи тріскалися, шліфувалися піском, а морські хвилі повільно, але впевнено, розбивали величезні брили в дрібні камені. Остаточно свій внесок у освіту ґрунту внесли тварини, рослини та мікроорганізми, додавши органічні елементи (гумус), збагачуючи верхній шарземлі продуктами життєдіяльності та його залишками. Розкладання органічних елементів при взаємодії з киснем призвели до різних хімічних процесів в результаті яких були утворені зол і азот, що перетворили гірські породи на ґрунт.

Ґрунтом називається видозмінений пухкий верхній шар земної кори, на якому росте рослинність. Утворена вона була в результаті перетворення гірських порід під впливом мертвих та живих організмів, сонячних променів, опадів та інших процесів, завдяки яким відбулася ерозія ґрунту.

За рахунок такої трансформації величезних, твердих порід в пухку масу, верхній шар грунту придбав поверхню, що вбирає: структура грунту стала пористою і повітропроникною. Основне значення ґрунту полягає в тому, що він, будучи пронизаний корінням рослин, передає їм усі необхідні для росту поживні елементи, і поєднує в собі дві особливості, необхідні для існування рослин – мінеральні речовини та воду.

Тому однією з головних характеристик грунту є родючий шар грунту, що дозволяє забезпечити зростання та розвитку рослинних організмів.

Щоб сформувався родючий пласт грунту, земля повинна містити в собі достатню кількість поживних речовин і мати необхідний запас води, який не дав би загинути рослинам. Цінність землі багато в чому залежить від її здібностей доносити до коріння рослин поживні речовини, забезпечувати до них доступ повітря і вологи (вода в грунті має надзвичайно важливе значення: нічого не зростатиме, якщо в землі буде відсутня рідина, яка ці речовини розчинятиме).

Складається ґрунт з декількох шарів:

1. Орний шар – верхній шар ґрунту, найродючіший шар ґрунту, в якому міститься найбільше гумусу;
2. Підґрунтя – складається в основному із залишків гірських порід;
3. Найнижчий шар ґрунту називається «корінною підстилаючою породою».

Кислотність ґрунту

Дуже серйозним фактором, що впливає на родючість ґрунту, є кислотність ґрунту – наявність іонів водню у ґрунтовому розчині. Кислотність ґрунту підвищена, якщо рН нижче семи, якщо вище – лужна, а рівна семи – нейтральна (концентрація іонів водню (Н+) та гідроксидів (ОН-) однакова).

Високий рівень кислотності верхнього шару землі негативно відображається на зростанні рослин, оскільки впливає на його особливості (розмір і міцність ґрунтових частинок), на добрива, що вносяться, мікрофлору і розвиток рослин. Наприклад, підвищена кислотність порушує структуру ґрунту, оскільки корисні бактерії не можуть нормально розвиватися, а багато поживних речовин (наприклад, фосфор) стають важкозасвоюваними.

Занадто великий рівенькислотності дає можливість накопичуватися в грунті токсичним розчинам заліза, алюмінію, марганцю, причому знижується надходження в організм рослин калію, азоту, магнію, кальцію. Основною ознакою високого рівнякислотності є наявність під верхнім темним шаром землі світлого шару, що за кольором нагадує золу, при цьому чим ближче цей шар до поверхні, тим кисліше ґрунт і тим менше в ньому кальцію.

Види ґрунту

Оскільки абсолютно всі типи ґрунтів утворені з гірських порід, не дивно, що особливості ґрунту багато в чому залежать від хімічного складу та фізичних характеристик материнської породи (мінералів, густини, пористості, теплопровідності).

Також на особливості ґрунту впливає те, в яких саме умовах відбувалося утворення ґрунту: опади, кислотність ґрунту, вітер, швидкість вітрів, температура ґрунту та навколишнього середовища. Клімат надає на ґрунт і непрямий вплив, оскільки життя рослинного та тваринного світу прямо залежить від температури ґрунту та навколишнього середовища.

Типи ґрунтів залежать багато в чому від розмірів та кількості частинок, які в них є. Наприклад, сирі та холодні глинисті грунти сформовані щільно прилеглими один до одного частинками піску, суглинистий грунт є чимось середнім між глиною та піском, а кам'янистий містить багато гальки.

А ось до складу торф'яної землі входять залишки померлих рослин і містить дуже мало твердих частинок. Будь-який ґрунт, на якому виростають рослинні організми, має дуже складну структуру, оскільки крім гірських порід він містить у собі солі, живі організми (рослини), органічні речовини, що були утворені внаслідок гниття.

Після того як було зроблено аналіз ґрунту в різних регіонах нашої планети, було створено класифікацію ґрунтів – сукупність однотипних ділянок, які мали схожі умови утворення ґрунту. Класифікація ґрунтів має кілька напрямків: еколого-географічне, еволюційно-генетичне.

У Росії, наприклад, в основному використовується еколого-географічна класифікація ґрунтів, згідно з якою основні типи ґрунту – дернові, лісові, підзолисті, чорноземні, тундрові, глинисті, піщані, ґрунти степу.

Чорнозем

Чорнозем, що має комковатую або зернисту структуру, вважається найродючішим грунтом (гумус близько 15%), характерним для помірно-континентального клімату, в якому чергуються сухі і вологі періоди, а також переважають плюсові температури. Аналіз ґрунту показав, що чорнозем багатий на азот, залізо, сірку, фосфор, кальцій та інші елементи, необхідні для сприятливої ​​життєдіяльності рослин. Чорноземні ґрунти характеризуються високими водно-повітряними характеристиками.

Піщані землі

Піщаний грунт характерний для пустель і напівпустель. Є розсипчастий, зернистий, позбавлений зв'язності ґрунт, у якому співвідношення глини до піску становить 1:30 або 1:50. Він погано утримує поживні речовини, вологу, при цьому через бідність рослинного покриву легко схильний до вітряної та водної ерозії. Піщаний ґрунт має й плюси: він не заболочується, оскільки вода в ґрунті легко проходить через крупнозерну структуру, до коріння в достатній кількості надходить повітря, а гнильні бактерії в ньому не виживають.

Лісові землі

Лісові ґрунти характерні для лісів помірного поясу північної півкуліта їх властивості прямо залежать від лісів, які в ній виростають та надають прямий вплив на склад ґрунту, його повітропроникність, водний та тепловий режими. Наприклад, листяні дерева позитивно впливають на лісові ґрунти: вони збагачують ґрунт гумусом, золою, азотом, нейтралізують кислотність, створюючи сприятливі умови для утворення корисної мікрофлори. А ось хвойні породи дерев надають на лісові ґрунти негативний вплив, формуючи підзолистий ґрунт.

Лісові ґрунти, які б дерева на них не росли, родючі, оскільки азот і зола, що знаходяться в опалому листі та хвої, повертаються в грунт (у цьому їхня відмінність від землі полів, де разом з урожаєм часто вивозять рослинну підстилку).

Глинисті землі

Глинисті ґрунти містять у собі близько 40% глини, є сирими, в'язкими, холодними, липкими, важкими, але при цьому багатими на мінеральні речовини. Глинистий грунт має здатність надовго затримувати воду, повільно просочуються нею і дуже неквапливо пропускають їх у нижні шари.

Волога також повільно випаровується - це дає можливість рослинам, що тут ростуть, менше страждати від посухи.

Властивості глинистого ґрунту не дають можливості нормально розвиватися кореневій системі рослин, а тому більша частинапоживних елементів залишаються незатребуваними. Щоб змінити склад верхнього шару землі, необхідно протягом декількох років вносити органічні добрива.

Підзолиста земля

Підзолисті ґрунти містять від 1 до 4% гумусу, через що для них характерний сірий колір. Для підзолистого ґрунту характерно дуже низький вміст поживних елементів, підвищена кислотність, а тому малоплодородний. Формуються підзолисті ґрунти зазвичай біля хвойних та змішаних лісів помірного поясу, а на їх утворення сильно впливають переважання опадів над випаровуванням, низькі температури, знижена активність мікробів, бідна рослинність, через що підзолисті ґрунти характеризуються невисоким вмістом азоту та золи (наприклад, ґрунти , Сибіру, ​​Далекого Сходу).

Щоб використати підзолисті ґрунти у сільськогосподарських роботах, аграріям потрібно докласти чимало зусиль: внести великі дози мінеральних та органічних добрив, постійно регулювати водний режим, орати землю.

Дерновий ґрунт

Дернові ґрунти родючі і характеризуються низьким або нейтральним рівнем кислотності, високою кількістю гумусу (від 4 до 6%), а також їм властиві такі властивості ґрунту, як водо- та повітропроникність.

Дернові ґрунти формуються під розвиненим трав'янистим покривом переважно на луках. Аналіз ґрунту показав, що дернова земля містить велику кількість магнію, кальцію, золи, а в гумусі знаходиться чимало гумінових кислот, які при реакції утворюють гумати – нерозчинні солі, які безпосередньо беруть участь у формуванні комковато-зернистої структури ґрунту.

Тундрова земля

Тундрові ґрунти бідні на мінерали та поживні речовини, дуже прісні та містять мало солей. Через слабке випаровування та мерзлого ґрунту для тундрових ґрунтів характерна підвищена вологість, а через недостатню кількість рослинності та її повільну гуміфікацію – низький вміст гумусу. Тому тундрові ґрунти містять у своєму верхньому шарі тонкий торф'янистий пласт.

Роль ґрунту

Значення ґрунту в житті нашої планети складно переоцінити, оскільки він є незамінним елементом земної кори, який забезпечує існування рослинних та тваринних організмів.

Оскільки через верхній шар землі протікає велика кількість різних процесів (серед них – і органічних речовин), він є сполучною ланкою між атмосферою, літосферою і гідросферою: саме у верхньому шарі землі переробляється, розкладається і трансформуються хімічні сполуки. Наприклад, рослини, які ростуть у ґрунті, розкладаючись разом з іншими органічними речовинами, трансформуються в такі корисні копалини, як вугілля, газ, торф, нафта.

Важливими є і захисні функції ґрунту: земля знешкоджує небезпечні для життєдіяльності речовини (це особливо важливо, оскільки останнім часом забруднення ґрунту набуло катастрофічного характеру). Насамперед – це токсичні хімічні сполуки, радіоактивні речовини, небезпечні бактерії та віруси. Запас міцності верхнього шару землі має ліміт, тому якщо забруднення грунту й надалі підвищуватиметься, то вона перестане справлятися зі своїми захисними функціями.