Лекция 5. Оболочечное строение Земли

Длительная эволюция Земли, в частности географической оболочки, привела к формированию отдельных сфер (оболочек), взаимосвязанных и взаимообусловленных.

Представление о том, что Земля как плaнeтa, состоит из системы природных оболочек, является общеизвестным и сформировалось довольно давно. На это указывал, в частности, М. В. Ломоносов в трактате "О слоях земных". Изучением геосфер и их подробной классификацией занимался и В. И. Вернадский. Географическая оболочка представляет собой систему взаимосвязанных оболочек (сфер). В нее принято включать верхнюю часть литосферы, ниж­нюю часть атмосферы, а также гидросферу и биосферу. В резуль­тате их взаимопроникновения в географической оболочке происхо­дят процессы, которые не могут происходить в каждой отдельно взятой сфере, а существенное изменение любого из ее компонен­тов влечет за собой изменение остальных, что подтверждает ее системную целостность.

Литосфера (от греч. - камень + шар) - твердая оболочка Земли, мощностью 70-250 км, включающая земную кору и верхний слой мантии. Земная кора, верхняя часть литосферы до поверхности Мохоровичича, или "Мохо", состоит из осадочно­го, гранитного (метаморфические породы) и базальтового слоев. Средняя мощность осадочного слоя, или стратисферы, состав­ляет 2,6 км, в прогибах - до 12-20 км (Прикаспийская низмен­ность). В этом слое наиболее распространены глины и глинистые сланцы (50%), пески и песчаники (23,6%) и карбонатные породы (23,5%). Кристаллические породы магматического и метаморфи­ческого происхождения занимают около 90% объема земной коры (см. рис. 2).

Верхняя зона земной коры носит название гелиотермической ­слой годовых и вековых колебаний температуры, обусловлен­ных солнечной энергией. Его мощность - первые десятки метров (в Москве - 20 м). Геотермическая зона - сфера действия тепло­вого потока из глубин Земли. Регионы земного шара характеризу­ются различными геотермическими градиентами: в Москве она составляет 2,60С на 100 м, в Архангельске - 5,10 С.

Газовая оболочка любой планеты носит название атмосфера (от греч. воздух). Атмосфера Земли связана грави­тационным полем и принимает участие в суточном и годовом вра­щении планеты. Атмосфера состоит из механической смеси газов, водяного пара и примесей (аэрозолей), называемой атмосферным воздухом. Основными газами в его составе до высоты 100 км являются: азот (78%), кислород (21 %), а также углекислый и неко­торые инертные газы (1%). Воздушная оболочка в свою очередь состоит из нескольких слоев, различающихся по физическим и хи­мическим свойствам. Масса атмосферы - 5,1·105 т.

Четыре пятых (4/5) массы всей атмосферы сосредоточено в нижнем слое - тропосфере (от греч. - поворот, изменение). Мощность тропосферы постепенно возрастает от полюсов (8-10 км) К экватору (16-18 км). В ней содержится около 80% всего воздуха, она содержит более 90% массы всей атмосферы. Большинство наблюдаемых нами атмосферных явлений происходит в этом слое. В пределах тропосферы отмечается постепенное (0,650 С на 100 м) понижение температуры с высотой (влажноадиабатичес­кий градиент). Самый нижний слой тропосферы (100-150 м) назы­вается приземным слоем воздуха и характеризуется высоким со­держанием пыли, водяного пара и присутствием живых организ­мов - как крупных (птиц), так и микроскопических ("воздушного планктона"). Верхняя граница тропосферы носит название тро­попауза. В этом слое происходит резкое снижение температуры (до - 600С над полюсами и до - 800С над экватором) и возрастает разреженность воздуха.

Над тропосферой, до высоты 40-50 км располагается стратос­фера (от лат. - настил). До высоты 25 км температура прак­тически неизменна, а выше - несколько возрастает (-400С. .. -600С). Газовый состав воздуха аналогичен составу воздуха тропосферы. но в нем содержится значительно большее количество озона. Наивысшая концентрация озона наблюдается на высотах 25-35 КМ. Эта зона носит название озонового слоя, озоносферы или озонового эк­рана. Если бы не озоновый экран, губительные для всего живого потоки ультрафиолетового и космического излучения доходили бы до поверхности Земли, делая невозможным существование жизни.

Следующий слой называется мезосфера (от греч. - сред­ний). В этой области вновь отмечается понижение температуры. На ее верхней границе, 'на высоте около 85 км, наблюдаются пер­ламутровые облака. Выше следует термосфера (от греч. - теплый) - до 800 км. Название говорит само за себя - здесь вновь отмечается повышение температуры. В этом же слое происходят магнитные бури, появляются полярные сияния. Еще выше располо­жена внешняя оболочка атмосферы - экзосфера (от греч. - вне). Здесь, на расстояниях более 1000 км, атомы ионизированы более чем наполовину, а газ разрежен настолько, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль. По разным дан­ным атмосфера простирается до высоты от 1800 до 3000 км. Выше (до нескольких радиусов Земли) наблюдается только разреженный водород, постепенно вытекающий из экзосферы в космическое пространство.

По степени ионизации в пределах атмосферы выделяют две зоны: нейтральную нейтросферу (от лат. пeutruт - ни то, ни дру­гое) - до 90 км, включающую тропосферу, стратосферу, а также мезосферу, - и сильно ионизированную ионосферу, включающую термосферу и экзосферу.

Гидросфера - водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность вод Земли. Ее масса - 1,56?1018 т. Она включает в себя всю химически не связанную воду планеты: воду Мирового океана (около 94%), подземные воды в зоне активного водообмена (4%), льды и снега (1,7%), поверхностные воды суши (0,3%), а также воду, содержащуюся в атмосфере и в живых организмах. Единство гидросферы как оболочки обусловлено единым происхождением всех природных вод из мантии Земли (генетическое единство), в един­стве их развития и во взаимосвязи в Мировом круговороте воды (функциональное единство). Вода в гидросфере представлена во всех агрегатных состояниях.

Общий объем вод гидросферы составляет 1,4 млрд. км3, при­чем вся эта масса непрерывно обновляется в процессе круговорота. Круговорот заключается в испарении с поверхности океана, пе­ремещении пара воздушными массами, его конденсации в тропос­фере, выпадении в виде осадков, их просачивании и поверхностном стоке в океан. В разных частях гидросферы скорость круговорота различна за счет накопления (аккумуляции) воды, например, в под­земных водоносных горизонтах (подземные воды обновляются за миллионы, тысячи, сотни лет). Вода рек обновляется в течение двух недель, а вода, содержащаяся в живых организмах, - за несколько часов.

Содержание в атмосфере водяного пара составляет 2,2%. Несмотря на свое малое количество, в результате интенсивного влагооборота (испарение - конденсация) полная смена влаги со­ставляет 9-10 дней, или каждая капля воды 38,4 раза за год испа­ряется и выпадает в виде атмосферных осадков.

Движущей силой мирового круговорота воды являются солнеч­ная энергия и гравитационное поле Земли.

Круговорот воды ох­ватывает не только гидросферу, но и литосферу, и атмосферу, и живые организмы, причем не просто охватывает их, а связывает, являясь системообразующим потоком.

Биосфера (от греч. - жизнь) - область активной жизни организмов. Эта область охватывает нижнюю часть атмосфе­ры, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Живые организ­мы характеризуется особой быстротой химических процессов, а его широкое распространение позволяет вовлекать в эти про­цессы косные (неживые) вещества из всех остальных оболо­чек, связывать их процессами трансформации, аккумуляции и перераспределения вещества и энергии. Движущими силами этих процессов является солнечная энергия и химические реакции, а отражением - малый биологический круговорот веществ. Ос­новная функция биосферы - использование (связывание) солнеч­ной энергии фотосинтезирующими организмами и создание вто­ричной продукции.

Термин "биосфера" был введен в науку австрийским геологом Зюссом в 1875 г. Дальнейшее развитие учение о биосфере получи­ло в работах великого русского ученого В. И. Вернадского. Про­водя исследования в области минералогии и геохимии, он обратил внимание на то, насколько важную роль в геологической истории Земли играют геохимические, точнее биогеохимические, процессы, обусловленные жизнедеятельностью организмов, их способно­стью преобразовывать неживую материю. "Геологически оно [жи­вое вещество] является самой большой силой в биосфере и опре­деляет, как мы увидим, все идущие в ней процессы и развивает огромную свободную энергию, создавая основную геологически проявляющуюся силу в биосфере ... ". За все время существова­ния жизни на Земле она практически преобразовала все остальные оболочки: изменила состав литосферы (образование осадочных карбонатных отложений), атмосферы (как было показано ранее, практически весь кислород имеет биогенное происхождение), гид­росферы (современный химический состав вод Мирового океана во многом зависит от живых организмов). Несмотря на то, что масса живого вещества биосферы меньше массы атмосферы при­мерно в 10 тыс. раз, гидросферы в 1 млн. раз, а литосферы - более чем в 10 млн. раз, суммарная масса всех организмов, живших на Земле за все время ее существования, многократно превышает массу земной коры.

Верхнюю границу биосферы про водят в атмосфере на высоте около 30 км, нижнюю - на суше на глубине 4-5 км; в Мировом оке­ане - по дну глубоководных впадин. Maccа биосферы составляет 1,85-2,6?1012 т в воздушно-сухом весе.

Зная границы всех оболочек, из которых состоит географичес­кая оболочка, можно установить ее границы. Верхнюю границу географической оболочки обычно проводят по тропопаузе, разде­ляющей тропосферу и стратосферу, т. е. на высоте 18 км. Нижним пределом считается граница между земной корой и мантией - по­верхность Мохоровичича, расположенная на глубине 30-50 км. Существуют и другие точки зрения, в частности, в качестве верх­ней границы иногда называют высоту озонового слоя (25-35 км), а в качестве нижней - нижнюю границу осадочного чехла, в сред­нем - 2 км. Географическая оболочка непрерывна и покрывает всю поверхность Земли. В то же время она неоднородна на всем своем протяжении, т. е. по тем или иным признакам, связанным со свой­ствами взаимодействующих сфер, может быть разделена на системы меньшего иерархического ранга. Крупнейшими из таких си­стем являются географические пояса - проявление закона широт­ной зональности.

Только в географической оболочке вещество пребывает во всех трех агрегатных состояниях. Изменение агрегатного состояния воды из жидкого в твердое в результате сложного взаимодействия гидросферы с атмосферой приводит к формированию в пределах последней "снежной оболочки", или хионосферы (от греч. - снег). М. В. Ломоносов в сочинении слоях земных указывал, что в горах "самые главы выше облаков далече в морозную атмосферу восходят". К полюсам нижняя граница хионосферы опускается практически до уровня поверхности Земли, а в низких и средних широтах в нее входят только вершины высоких гор. Счи­тается, что мощность хионосферы, составляет 3-5 км и мало раз­личается над разными участками земной поверхности. В ней рас­положены зоны аккумуляции горных ледников. Линия пересечения нижней границы хионосферы со склонами гор, как правило, совпа­дает со снеговой линией.

В результате взаимодействия гидросферы, атмосферы и верх­него слоя земной коры, под действием низкой температуры, в вы­соких широтах Земли формируются мерзлые породы. Зону их рас­пространения принято называть криосферой (от греч. крио - хо­лод, лед), или сферой льда. Нижняя поверхность криосферы прово­дится по геоизотерме 00С, которая в полярных и приполярных райо­нах Северного полушария опускается в земную кору до 1,5-2 км, а в Антарктиде даже до 4-5 км. Верхняя граница криосферы про­ходит по поверхности (кровле) мерзлых пород, либо по поверхнос­ти ледников. В то же время некоторые ученые считают хионосферу составной частью криосферы. В этом случае, ее верхняя граница совпадает с границей хионосферы.

Общая площадь криосферы может изменяться в течение года. Существует область криосферы с сезонными покровами снега и сезонным слоем промерзания грунтов (в Северном полушарии она формируется зимой) и зона вечных снегов и льда (постоянная кри­осфера). Вечная мерзлота - глобальное явление, она занимает не менее 25% площади всей суши земного шара. В России площадь распространения многолетнемерзлых пород составляет около 11 115 000 км, то есть около 65% ее территории.

Как уже говорилось, процесс взаимодействия живого и мертво­го вещества в географической оболочке приводит к появлению качественно новых образований, таких, как почвы. Совокупность участков земной поверхности, на которых сформирован или фор­мируется почвенный покров, называется педосферой (от лат. pedo - нога). Эта оболочка Земли имеет крайне важное значение для человечества, поскольку только в ее пределах возможно зем­леделие.

"Сердцевина" географической оболочки, расположенная в зоне наибольшего взаимодействия всех оболочек, в которой в основ­ном сосредоточена жизнь и существует человек, называется лан­дшафтной сферой, или ландшафтной оболочкой Земли. За ее верхнюю границу обычно принимают границу распространения при­земных слоев воздуха (100-150 м от поверхности Земли). Нижняя граница проходит по первому горизонту грунтовых вод - границе гипергенеза поверхностных образований, обусловленного совмес­тным воздействием воздуха, воды, живого вещества. Ландшафт­ная оболочка представляет собой природно-территориальный комп­лекс планетарной размерности и состоит из комплексов меньшего ранга. Сама ландшафтная сфера и все эти комплексы являются объектами изучения специальной науки - ландшафтоведения. Лан­дшафтная оболочка Земли имеет первостепенное значение для че­ловека, формируя для него среду обитания и снабжая его большей частью потребляемых ресурсов.

<< | >>
Источник: Егорова Н.Т.. ОБЩАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ. 2016

Еще по теме Лекция 5. Оболочечное строение Земли:

  1. Зверь их земли… И увидел я другого зверя, выходящего из земли. Он имел два рога, подобные агнчим …(Откр. 13: 11).
  2. Лекция №2 Строение и функции нервной системы. Нервизм. Учение о локализации функций в коре головного мозга. Системная организация деятельности ЦНС
  3. Строение предложения
  4. Цена земли
  5. ФОРМЫ МИКРОСКОПИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
  6. Факт владения строением на праве собственности
  7. 40. Цена земли.
  8. Строение яиц трематод
  9. ФОРМЫ МАКРОСКОПИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
  10. 4.3. Прерывность и непрерывность в строении материи
  11. Строение деятельности человеке
  12. 1. Права на земельный участок при аренде строения
  13. Рынок земли и рента
  14. ЧТО ТАКОЕ МАТЕРИЯ И КАКОВО ЕЕ СТРОЕНИЕ
  15. 1.1. Строение радужной оболочки глаза