Земные сферы

Вся жизнь на Земле, жизнь всех живых организмов от простых одноклеточных бактерий до сложных биологических видов, жизнь растений, животных и человека происходит в 3-х важных составляющих: на географической поверхности Земли; в водной среде гидросферы планеты; и под бело-голубым куполом - атмосферой Земли.

Основную часть поверхности земного шара занимает мировой океан, где на материковые и безводные части приходится менее 1/3 всей поверхности Земли. Поверхность Земли состоит из земной коры, её подводной части и материковой, водной части, а также атмосферой, создающей голубой купол, обволакивающий земной шар.

Интересно, что атмосфера Земли является важной составной частью происхождения и поддержания жизни на планете, а также является и защитной оболочкой планеты. В атмосфере происходит формирование погоды на Земле, она регулирует процесс круговорота воды в природе, атмосфера защищает Землю от космических лучей и повышает температуру поверхности Земли, формируя "парниковый эффект".

Характеристика Земли (форма, размеры).

Земля одна из девяти планет, вращающихся вокруг Солнца. Первые представления о формах и размерах Земли появились еще в глубокой древности. Античные мыслители (Пифагор - V в. до н.э., Аристотель - III в. до н.э. и др.) высказывали мысль, что наша планета имеет шарообразную форму. Ньютон теоретически обосновал положение о том, форма представляет эллипсоид вращения, или сфероид. Разница полярного и экваториального радиусов составляет 21 км. По расчетами Т. Д. Жонгловича и С. И. Тропининой показана несимметричность Земли по отношению к экватору: южный полюс расположен ближе к экватору, чем северный. В связи с расчленением рельефа (наличием высоких гор и глубоких впадин) действительная форма Земли является более сложной, чем трехосный эллипсоид. Наиболее высокая точка на Земле - гора Джомолунгма в Гималаях - достигает высоты 8848м. Наибольшая глубина 11 034 м обнаружена в Марианской впадине.. Немецкий физик Листинг в 1873 г. фигуру Земли назвал геоидом, что дословно обозначает "землеподобный".В Советском Союзе в настоящее время принимается эллипсоид Ф. Н. Красовского и его учеников (А. А. Изотова и др.), основные параметры которого подтверждаются современными исследованиями и с орбитальных станций. По этим данным экваториальный радиус равен 6378,245 км, полярный радиус - 6356,863 км, полярное сжатие- 1/298,25. Объем Земли составляет 1,083 10 12 км 3 , а масса - 6 10 27 г.

Внешние оболочки Земли.

Внешние оболочки Земли – это атмосфера, гидросфера, литосфера. Газовая оболочка Земли – атмосфера, внизу она граничит с гидросферой или литосферой, а вверх простирается на 1000 км. В ней выделяются три слоя: тропосфера, которая является двигающейся; после нее находится стратосфера; за ней – ионосфера (верхний слой).

Размер гидросферы – водной оболочки Земли, составляет 71% от всей поверхности планеты. Средняя соленость воды – 35 г/л. Океаническая поверхность имеет плотность примерно 1 и температуру 3-32° С. Солнечные лучи способны проникать не глубже двухсот метров, а ультрафиолетовые – на 800 м.

Сфера обитания живых организмов – биосфера, она сливается с гидросферой, атмосферой и литосферой. Верхний край биосферы поднимается до верхних шаров тропосферы, а нижний достигает дна впадин в океанах. В ней выделяют сферу животных (более миллиона видов) и сферу растений (более 500 тыс. видов).

Толщина литосферы – каменной оболочки Земли, может изменяться от 35 до 100 км. В нее входят все материки, острова и океаническое дно. Ниже под ней находится пиросфера, которая является огненной оболочкой нашей планеты. В ней наблюдается повышение температуры приблизительно на 1° С через каждые 33 метра вглубь. Вероятно, на большой глубине под влиянием огромного давления и очень высоких температур породы расплавлены и находятся в состоянии, близком к жидкому.

Планета Земля состоит из литосферы (твердое тело), атмосферы (воздушная оболочка), гидросферы (водная оболочка) и биосферы (сфера распространения живых организмов). Между этими сферами Земли существует тесная взаимосвязь, обусловленная круговоротом веществ и энергии.

Литосфера. Земля представляет собой несколько сплюснутый у полюсов шар, или сфероид, с длиной окружности по экватору около 40 000 км.

В строении земного шара выделяют следующие оболочки, или геосферы: собственно литосферу (наружную каменную оболочку) мощностью около 50...120 км, мантию, простирающуюся до глубины 2900 км и ядро - от 2900 до 3680 км.

По наиболее распространенным химическим элементам, входящим в состав оболочки Земли, ее делят на верхнюю - сиаллитную, которая распространяется до глубины 60 км и имеет плотность 2,8...2,9 г/см, и симатическую, простирающуюся до глубины 1200 км и имеющую плотность 3,0...3,5 г/см 3 . Названия «сиаллитная» (сиал) и «симатическая» (сима) оболочки произошли от обозначений элементов Si (кремний), Аl (алюминий) и Mg (магний).

На глубине от 1200 до 2900 км находится промежуточная сфера, имеющая плотность 4,0...6,0 г/см 3 . Эту оболочку называют «рудной», так как в ней в большом количестве содержатся железо и другие тяжелые металлы.

Глубже 2900 км находится ядро земного шара радиусом около 3500 км. Ядро состоит в основном из никеля и железа и имеет большую плотность (10...12 г/см 3).

По физическим свойствам земная кора неоднородна, ее подразделяют на континентальный и океанический типы. Средняя мощность континентальной земной коры составляет 35...45 км, максимальная - до 75 км (под горными массивами). В верхней части ее залегают осадочные породы мощностью до 15 км. Эти породы образовались в течение длительных геологических периодов в результате смены морей сушей, изменения климата. Под осадочными породами располагается гранитный слой мощностью в среднем 20...40 км. Наибольшая мощность этого слоя в районах молодых гор, к периферии материка она уменьшается, а под океанами гранитный слой отсутствует. Под гранитным слоем находится базальтовый слой мощностью 15...35 км, он сложен базальтами и сходными с ними породами.

Океаническая земная кора имеет меньшую мощность, чем континентальная (от 5 до 15 км). Верхние слои (2...5 км) состоят из осадочных пород, а нижние (5... 10 км) - из базальта.

Материальной основой почвообразования служат осадочные породы, находящиеся на поверхности земной коры, небольшое участие в образовании почв принимают магматические и метаморфические породы.

Основную массу горных пород образуют кислород, кремний и алюминий (84,05 %). Если к этим трем элементам прибавить еще пять - железо, кальций, натрий, калий и магний, то в сумме они составят 98,87 % массы пород. На остальные 88 элементов приходится немногим более 1 % массы литосферы. Однако несмотря на малое содержание микро- и ультрамикроэлементов в породах и почвах, многие из них имеют большое значение для нормального роста и развития всех организмов. В настоящее время большое внимание уделяется содержанию в почве микроэлементов как в связи с их значением в питании растений, так и в связи с проблемами охраны почв от химического загрязнения. Состав элементов в почвах в основном зависит от их состава в горных породах. Однако содержание некоторых элементов в горных породах и образовавшихся на них почвах несколько изменяется. Это связано как с концентрацией элементов питания, так и с ходом почвообразовательного процесса, при котором происходит относительная убыль ряда оснований и кремнезема. Так, в почвах содержится больше, чем в литосфере, кислорода (соответственно 55 и 47 %), водорода (5 и 0,15 %), углерода (5 и 0,1 %), азота (0,1 и 0,023 %).

Атмосфера. Граница атмосферы проходит там, где сила земного притяжения компенсируется центробежной силой инерции, обусловленной вращением Земли. Над полюсами она расположена на высоте примерно 28 тыс. км, а над экватором - 42 тыс. км.

Атмосфера состоит из смеси различных газов: азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %) и диоксида углерода (0,03 % по объему). В состав воздуха также входят в небольшом количестве гелий, неон, ксенон, криптон, водород, озон и др., которые в общей сложности составляют около 0,01 %. Кроме того, в воздухе содержатся водяные пары и некоторое количество пыли.

Атмосфера состоит из пяти основных оболочек: тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы, экзосферы.

Тропосфера - нижний слой атмосферы, имеет толщину над полюсами 8...10км, в умеренных широтах - 10...12 км, а в экваториальных широтах - 16...18 км. В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы. Здесь находится почти весь водяной пар атмосферы, формируются осадки и происходит горизонтальное и вертикальное перемещение воздуха.

Стратосфера распространяется от 8... 16 до 40...45 км. Она включает около 20 % атмосферы, водяной пар в ней почти отсутствует. В стратосфере имеется слой озона, который поглощает ультрафиолетовое излучение солнца и защищает от гибели живые организмы на Земле.

Мезосфера простирается на высоте от 40 до 80 км. Плотность воздуха в этом слое в 200 раз меньше, чем у земной поверхности.

Ионосфера располагается на высоте 80 км и состоит в основном из заряженных (ионизированных) атомов кислорода, заряженных молекул оксида азота и свободных электронов.

Экзосфера представляет собой внешние слои атмосферы и начинается с высоты 800...1000 км от поверхности Земли. Эти слои еще называют сферой рассеяния, так как здесь частицы газов движутся с большой скоростью и могут ускользать в космическое пространство.

Атмосфера - это один из незаменимых факторов жизни на Земле. Солнечные лучи, проходя через атмосферу, рассеиваются, а также частично поглощаются и отражаются. Особенно сильно поглощают тепловые лучи водяной пар и диоксид углерода. Под действием солнечной энергии происходит перемещение воздушных масс, формируется климат. Выпадающие из атмосферы осадки являются фактором почвообразования и источником жизни растительных и животных организмов. Содержащийся в атмосфере диоксид углерода в процессе фотосинтеза зеленых растений превращается в органическое вещество, а кислород служит для дыхания организмов и окислительных процессов, происходящих в них. Велико значение азота атмосферы, который улавливается азотофиксирующими микроорганизмами, служит элементом питания растений и участвует в образовании белковых веществ.

Под действием атмосферного воздуха происходят выветривание горных пород и минералов и почвообразовательные процессы.

Гидросфера. Большую часть поверхности земного шара занимает Мировой океан, который вместе с озерами, реками и другими водоемами, располагающимися на земной поверхности, занимает 5/8 ее площади. Все воды Земли, находящиеся в океанах, морях, реках, озерах, болотах, а также подземные воды составляют гидросферу. Из 510 млн км 2 поверхности Земли 361 млн. км 2 (71%) приходится на Мировой океан и только 149 млн. км 2 (29 %) - на сушу.

Поверхностные воды суши вместе с ледниковыми составляют около 25 млн км 3 , то есть в 55 раз меньше объема Мирового океана. В озерах сосредоточено около 280 тыс. км 3 воды, примерно половина приходится на пресные озера, а вторая половина - на озера с водами различной степени засоленности. В реках содержится всего лишь 1,2 тыс. км 3 , то есть менее 0,0001 % общего запаса воды.

Воды открытых водоемов находятся в постоянном круговороте, что связывает все части гидросферы с литосферой, атмосферой и биосферой.

Атмосферная влага активно участвует в водообмене, при объеме в 14 тыс. км 3 она образует 525 тыс. км 3 осадков, выпадающих на Землю, а смена всего объема атмосферной влаги происходит каждые 10 сут, или 36 раз в течение года.

Испарение воды и конденсация атмосферной влаги обеспечивают наличие пресной воды на Земле. С поверхности океанов ежегодно испаряется около 453 тыс. км 3 воды.

Без воды наша планета представляла бы собой голый каменный шар, лишенный почвы и растительности. Миллионы лет вода разрушала горные породы, превращая их в рухляк, а с появлением растительности и животных способствовала процессу почвообразования.

Биосфера. В состав биосферы входят поверхность суши, нижние слои атмосферы и вся гидросфера, в которых распространены живые организмы. Согласно учению В. И. Вернадского, под биосферой понимают оболочку Земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены деятельностью живых организмов. В. И. Вернадский указывал, что «на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, поэтому более могущественной, чем живые организмы, взятые в целом». Жизнь в биосфере развивается в виде исключительного разнообразия организмов, населяющих почву, нижние слои атмосферы и гидросферу. Благодаря фотосинтезу зеленых растений в биосфере аккумулируется солнечная энергия в форме органических соединений. Вся совокупность живых организмов обеспечивает миграцию химических элементов в почвах, в атмосфере и гидросфере. Под действием живых организмов в почвах происходят газообмен, окислительные и восстановительные реакции. С газообменной функцией организмов связано происхождение атмосферы в целом. В процессе фотосинтеза в атмосфере произошло образование и накопление свободного кислорода.

Под влиянием деятельности организмов осуществляются выветривание горных пород и развитие почвообразовательных процессов. Почвенные бактерии участвуют в процессах десульфофикации и денитрификации с образованием сероводорода, сернистых соединений, оксида N(II), метана и водорода. Построение растительных тканей происходит благодаря избирательному поглощению биогенных элементов растениями. После отмирания растений эти элементы накапливаются в верхних горизонтах почвы.

В биосфере протекают два противоположных по своей направленности круговорота веществ и энергии.

Большой, или геологический, круговорот происходит под влиянием солнечной энергии. В круговорот воды вовлекаются химические элементы суши, которые поступают в реки, моря и океаны, где они откладываются вместе с осадочными породами. Это безвозвратная потеря из почвы важнейших элементов питания растений (азота, фосфора, калия, кальция, магния, серы), а также микроэлементов.

Малый, или биологический, круговорот происходит в системе почва - растения - почва, при этом из геологического круговорота изымаются элементы питания растений и сохраняются в гумусе. При биологическом круговороте происходят циклы, связанные с кислородом, углеродом, азотом, фосфором и водородом, которые непрерывно циркулируют в растениях и окружающей среде. Часть из них изымается из биологического круговорота и под действием геохимических процессов переходит в осадочные породы или переносится в океан. Задача земледелия заключается в создании таких агротехнических систем, в которых биогенные элементы не поступали бы в геологический круговорот, а закреплялись в биологическом круговороте, поддерживая почвенное плодородие.

Биосфера состоит из биоценозов, представляющих собой однородную территорию с однотипным растительным сообществом вместе с населяющим ее животным миром, включая микроорганизмы. Биогеоценоз характеризуется свойственными для него почвами, водным режимом, микроклиматом и рельефом. Естественный биогеоценоз относительно устойчив, для него характерна саморегулирующая способность. Виды, входящие в биогеоценоз, приспосабливаются друг к другу и окружающей среде. Это сложный относительно устойчивый механизм, способный путем саморегулирования противостоять изменениям в среде. Если изменения в биогеоценозах превышают их саморегулирующую способность, то может наступить необратимая деградация этой экологической системы.

Сельскохозяйственные земли являются искусственно организованными биогеоценозами (агробиоценозы). Эффективное и рациональное использование агробиоценозов, их устойчивость и продуктивность зависят от правильной организации территории, системы земледелия и других социально-экономических мероприятий. Для обеспечения оптимального воздействия на почвы и растения необходимо знать все взаимосвязи в биогеоценозе и не нарушать экологическое равновесие, сложившееся в нем.

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.

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.

Антропогенное воздействие на природу в настоящее время проникает во все сферы планеты Земля , поэтому необходимо кратко рассмотреть характеристику отдельных оболочек .

Земля состоит из ядра, мантии, земной коры, литосферы, гидросферы и . За счет воздействия живого вещества и деятельности человека возникли еще две оболочки - биосфера и ноосфера, включающая техносферу. Деятельность человека распространяется на атмосферу, гидросферу, литосферу, биосферу и ноосферу. Кратко рассмотрим эти оболочки и характер воздействия деятельности человека на них.

Общая характеристика атмосферы

Атмосфера Земли - внешняя газообразная оболочка Земли. Нижняя часть атмосферы контактирует с литосферой или гидросферой Земли , а верхняя - с межпланетным пространством. Атмосфера состоит из трех частей:

1. Тропосфера (нижняя часть атмосферы) и ее высота над поверхностью составляет 15 км. Тропосфера состоит из воздуха , плотность которого с высотой уменьшается. Верхняя часть тропосферы контактирует с озоновым экраном - слоем озона толщиной 7-8 км.

Озоновый экран предотвращает попадание на поверхность Земли (литосферу, гидросферу) жесткого ультрафиолетового излучения или космического излучения с высокой энергией, которые губительны для всего живого. Нижние слои тропосферы - высотой до 5 км от уровня моря - являются воздушной средой обитания, при этом наиболее плотно заселены самые нижние слои атмосферы - до 100 м от поверхности суши или воды. Самое большое воздействие от деятельности человека, имеющее наибольшее экологическое значение, испытывает тропосфера и особенно ее нижние слои.

2. Стратосфера - средний слой атмосферы, пределом которого является высота в 100 км над уровнем моря. Стратосфера заполнена разреженным газом (азотом, водородом, гелием и т.д.). Она переходит в ионосферу.

3. Ионосфера - верхний слой атмосферы, переходящий в межпланетное пространство. Ионосфера заполнена частицами, возникающими при распаде молекул, - ионами, электронами и т.д. В нижней части ионосферы возникает «северное сияние», которое наблюдается в районах, находящихся за Полярным кругом.

В экологическом отношении наибольшее значение имеет тропосфера.

Краткая характеристика литосферы и гидросферы

Поверхность Земли, находящаяся под тропосферой, неоднородна - часть ее занята водой, которая образует гидросферу, а часть является сушей, образующей литосферу.

Литосфера - внешняя твердая оболочка земного шара, образованная каменными породами (поэтому и название - «литое» - камень). Она состоит из двух слоев - верхнего, образованного осадочными породами с гранитом, и нижнего, образованного твердыми базальтовыми породами. Часть литосферы занята водой (Мировой океан), а часть является сушей, составляющей около 30% земной поверхности. Самый верхний слой суши (в большинстве своем) покрыт тонким слоем плодородной поверхности - почвой. Почва является одной из сред жизни, а литосфера - субстратом, на котором проживают различные организмы.

Гидросфера - водная оболочка земной поверхности, образованная совокупностью всех водоемов, имеющихся на Земле. Толщина гидросферы различна на разных участках, но средняя глубина океана составляет 3,8 км, а в отдельных впадинах - до 11 км. Гидросфера является источником воды для всех организмов, живущих на Земле, она является мощной геологической силой, осуществляющей круговорот воды и других веществ, «колыбелью жизни» и средой обитания водных организмов. Антропогенное воздействие на гидросферу также велико и будет рассмотрено ниже.

Общая характеристика биосферы и ноосферы

С момента появления жизни на Земле возникла новая, специфическая оболочка - биосфера. Термин «биосфера» был введен Э. Зюссом (1875).

Биосфера (сфера жизни) - та часть оболочек Земли, в которых живут различные организмы. Биосфера занимает часть атмосферы (нижнюю часть тропосферы), литосферы (верхнюю часть, включая почву) и пронизывает всю гидросферу и верхнюю часть донной поверхности.

Биосферу можно определить и как геологическую оболочку, населенную живыми организмами.

Границы биосферы определяются наличием условий, необходимых для нормальной жизнедеятельности организмов. Верхняя часть биосферы ограничена интенсивностью ультрафиолетового излучения, а нижняя - высокой температурой (до 100°С). Споры бактерий встречаются на высоте 20 км над уровнем моря, а анаэробные бактерии обнаружены на глубине до 3 км от земной поверхности.

Известно, что живые организмы образованы живым веществом. Концентрацией живого вещества характеризуется плотность биосферы. Установлено, что наибольшая плотность биосферы характерна для поверхности суши и океана на границе соприкосновения литосферы и гидросферы с атмосферой. Очень высока плотность жизни в почве.

Масса живого вещества по сравнению с массой земной коры и гидросферы мала, но живое вещество играет огромную роль в процессах изменения земной коры.

Биосфера - это совокупность всех биогеоценозов, имеющихся на Земле, поэтому она считается высшей экосистемой Земли. В биосфере все взаимосвязано и взаимообусловлено. Генофонд всех организмов Земли обеспечивает относительную стабильность и возобновляемость биологических ресурсов планеты, если в природные экологические процессы не будет резкого вмешательства различных сил геологического или межпланетного характера. В настоящее время, как это было указано выше, антропогенные факторы воздействия на биосферу приняли характер геологической силы, что необходимо учитывать человечеству, если оно хочет выжить на Земле.

С момента появления на Земле человека в природе возникли антропогенные факторы, действие которых усиливается с развитием цивилизации, и возникла новая специфическая оболочка Земли - ноосфера (сфера разумной жизни). Термин «ноосфера» впервые был введен Э. Леруа и Т. Я. де Шарденом (1927), а в России впервые в своих трудах использовал В. И. Вернадский (30-40-е гг. XX в.). В трактовке термина «ноосфера» различают два подхода:

1. «Ноосфера - это та часть биосферы, где реализуется хозяйственная деятельность человека». Автор этой концепции Л. Н. Гумилев (сын поэтессы А. Ахматовой и поэта Н. Гумилева). Эта точка зрения справедлива, если необходимо выделить в биосфере деятельность человека, показать ее отличие от деятельности других организмов. Такое понятие характеризует «узкий смысл» сущности ноосферы как оболочки Земли.

2. «Ноосфера - это биосфера, развитие которой направляется человеческим разумом». Данное понятие широко представлено в трудах В. И. Вернадского и является понятием в широком понимании сущности ноосферы, так как влияние человеческого разума на биосферу может носить как позитивный, так и негативный характер, причем последний очень часто преобладает. В состав ноосферы входит техносфера - часть ноосферы, связанная с производственной деятельностью человека.

На современном этапе развития цивилизации и численности народонаселения необходимо именно «разумно» влиять на Природу, оптимально воздействовать на нее с тем, чтобы приносить минимальный вред природным экологическим процессам, восстанавливать разрушенные или нарушенные биогеоценозы, да и на жизнедеятельность человека как составной части биосферы. Деятельность человека неизбежно вносит изменения в окружающий мир, но, учитывая возможные последствия, предвидя возможные негативные воздействия, необходимо сделать так, чтобы эти последствия были наименее разрушительными.

Краткая характеристика чрезвычайных ситуаций, возникающих на поверхности Земли, и их классификация

Важную роль в природных экологических процессах играют чрезвычайные ситуации, постоянно возникающие на поверхности Земли. Они разрушают местные биогеоценозы, и, если повторяются циклически, то в ряде случаев являются экологическими факторами, способствующими протеканию эволюционных процессов.

Ситуации, при которых затрудняется или становится невозможным нормальное функционирование большого количества людей или биогеоценоза в целом, называются чрезвычайными.

Понятие «чрезвычайные ситуации» в большей степени применимо к деятельности человека, но оно относится и к природным сообществам.

По происхождению чрезвычайные ситуации разделяют на природные и антропогенные (техногенные).

Природные чрезвычайные ситуации возникают в результате явлений природного характера. К ним относят наводнения, землетрясения, оползни, сели, ураганы, извержения вулканов и др. Рассмотрим некоторые явления, вызывающие чрезвычайные ситуации природного характера.

Землетрясения - это внезапное освобождение потенциальной энергии земных недр, приобретающее форму ударных волн и упругих колебаний (сейсмических волн).

Землетрясения возникают главным образом за счет подземных вулканических явлений, смещения пластов друг относительно друга, но могут иметь и техногенный характер и возникать за счет обвала выработок полезных ископаемых. При землетрясениях происходят смещения, колебания и вибрация горных пород от сейсмических волн и тектонических движений земной коры, что приводит к разрушению поверхности - появлению трещин, разломов и т. д., а также к возникновению пожаров, разрушению зданий.

Оползни - скользящее смещение пород вниз по уклону с наклонных поверхностей (гор, холмов, морских террас и т. д.) под действием силы тяжести.

При оползнях нарушается поверхность, гибнут биоценозы, разрушаются населенные пункты и т. д. Наибольший ущерб наносят очень глубокие оползни, глубина которых превышает 20 метров.

Вулканизмом (извержениями вулканов) называют совокупность явлений, связанных с движением магмы (расплавленной массы пород), горячих газов и паров воды, поднимающихся по каналам или трещинам земной коры.

Вулканизм является типичным природным явлением, вызывающим большие разрушения природных биогеоценозов, приносящим огромный ущерб хозяйственной деятельности человека, сильно загрязняющим атмосферу прилегающего к вулканам региона. Извержения вулканов сопровождаются другими катастрофическими природными явлениями - пожарами, оползнями, наводнениями и др.

Сели - это кратковременные бурные паводки, несущие большое количество песка, гальки, крупного щебня и камней, имеющие характер грязекаменных потоков.

Сели характерны для горных районов и могут наносить значительный ущерб хозяйственной деятельности человека, служить причиной гибели различных животных и вызывать разрушение местных растительных сообществ.

Снежными лавинами называют обвалы снега, увлекающие за собой все новые и новые массы снега и других сыпучих материалов. Лавины бывают как природного, так и антропогенного происхождения. Они наносят большой ущерб хозяйственной деятельности человека, разрушая дороги, линии электропередач, вызывая гибель людей, животных и растительных сообществ.

Вышерассмотренные явления, являющиеся причиной возникновения чрезвычайных ситуаций, тесно связаны с литосферой. В гидросфере также возможны природные явления, создающие чрезвычайные ситуации. К ним относят наводнения и цунами.

Наводнения - это затопление водой местности в пределах речных долин, побережий озер, морей и океанов.

Если наводнения носят строго периодический характер (приливы, отливы), то в этом случае природные биогеоценозы приспособлены к ним как к среде обитания в определенных условиях. Но часто наводнения бывают неожиданными и связанными с отдельными непериодическими явлениями (избыточное выпадение снега зимой создает условия для возникновения обширных паводков, вызывающих затопление большой площади и т. д.). При наводнениях нарушаются почвенные покровы, может происходить заражение местности различными отходами за счет размыва их хранилищ, гибель животных, растений и людей, уничтожение населенных пунктов и т. д.

Цунами - гравитационные волны большой силы, возникающие на поверхности морей и океанов.

Цунами имеют природные и техногенные причины. К природным причинам относят землетрясения, моретрясения и подводные извержения вулканов, к техногенным - подводные ядерные взрывы.

Цунами вызывают гибель судов и аварии на них, что в свою очередь приводит к загрязнению природной среды, например, разрушение танкера, транспортирующего нефть, приведет к загрязнению огромной водной поверхности нефтяной пленкой, ядовитой для планктона и пеларгических форм животных (планктон - взвешенные мелкие организмы, живущие в поверхностном слое воды океана или другого водоема; пеларгические формы животных - животные, свободно перемещающиеся в толще воды за счет активного передвижения, например, акулы, киты, головоногие моллюски; бентосные формы организмов - организмы, ведущие придонный образ жизни, например камбала, раки отшельники, иглокожие, прикрепленные к дну водоросли и др.). Цунами вызывают сильное перемешивание вод, перенос организмов в несвойственную им среду обитания и гибель.

В атмосфере также происходят явления, вызывающие чрезвычайные ситуации. К ним относят ураганы, смерчи, различные виды бурь.

Ураганы - тропические и внетропические циклоны, у которых сильно понижено давление в центре, сопровождаются возникновением ветров, обладающих большой скоростью и разрушительной силой.

Различают слабые, сильные и экстремальные ураганы, которые вызывают появление ливней, морских волн и разрушение наземных объектов, гибель различных организмов.

Вихревые бури (шквалы) - атмосферные явления, связанные с возникновением сильных ветров, обладающих большой разрушительной силой и значительной территорией распространения. Различают снежные, пыльные и беспыльные бури. Шквалы вызывают перенесение верхних слоев почвы, их разрушение, гибель растений, животных, разрушение сооружений.

Смерчи (торнадо) - вихреобразная форма движения воздушных масс, сопровождающаяся возникновением воздушных воронок.

Сила смерчей велика, в области их движения наблюдается полное уничтожение почвы, гибнут животные, разрушаются постройки, предметы переносятся с одного места на другое, вызывая поражение объектов, находящихся там.

Кроме охарактеризованных выше природных явлений, приводящих к возникновению чрезвычайных ситуаций, существуют и другие явления, их вызывающие, причина которых - деятельность человека. К антропогенным чрезвычайным ситуациям относят:

1. Аварии на транспорте. При нарушении правил движения на различных магистралях (автомобильных, железнодорожных, речных, морских) происходит гибель транспортных средств, людей, животных и т. д. В природную среду попадают различные вещества, в том числе и те, которые приводят к гибели организмов всех царств (например, нефть , пестициды и др.). В результате аварий на транспорте возможно возникновение пожаров и попадание в атмосферу газов (хлороводорода, аммиака, пожаро- и взрывоопасных веществ).

2. Аварии на крупных предприятиях. Нарушение технологических процессов, несоблюдение правил эксплуатации оборудования, несовершенство технологии могут служить причиной выброса в окружающую среду вредных соединений, вызывающих различные заболевания человека и животных, способствующих появлению мутаций в организмах растений и животных, а также привести к разрушениям зданий и возникновению пожаров. Наиболее опасны аварии на предприятиях, использующих атома. Большой вред наносят аварии на атомных электростанциях (АЭС), так как кроме обычных поражающих факторов (механические разрушения, выброс вредных веществ однократного действия, пожары) для аварий на АЭС характерно поражение местности радионуклидами, проникающей радиацией и радиус поражения в этом случае значительно превышает вероятность возникновения аварий на других предприятиях.

3. Пожары, охватывающие значительные территории лесов или торфяников. Как правило, такие пожары носят антропогенный характер из-за нарушения правил обращения с огнем, но могут иметь и природный характер, например за счет грозовых разрядов (молнии). Причиной подобных пожаров могут быть и нарушения в линиях электропередач. Пожары уничтожают на больших территориях природные сообщества организмов, наносят большой экономический ущерб хозяйственной деятельности человека.

Все охарактеризованные явления, нарушающие природные биогеоценозы, приносящие большой ущерб хозяйственной деятельности человека, требуют разработки и принятия мер по уменьшению их негативного воздействия, что реализуется при осуществлении природоохранных действий и борьбы с последствиями чрезвычайных ситуаций.