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

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 , гидросферу, литосферу, биосферу и ноосферу. Кратко рассмотрим эти оболочки и характер воздействия деятельности человека на них.

Общая характеристика атмосферы

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

1. Тропосфера (нижняя часть ) и ее высота над поверхностью составляет 15 км. Тропосфера состоит из , 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 - до 100 м от поверхности суши или . Самое большое воздействие от деятельности человека, имеющее наибольшее экологическое значение, испытывает тропосфера и особенно ее нижние слои.

2. Стратосфера - средний слой , 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 , 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 (), 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 (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 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 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 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 и др. Рассмотрим некоторые явления, вызывающие чрезвычайные ситуации природного характера.

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 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.

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 ; 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 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, пестициды и др.). В результате аварий на транспорте возможно возникновение пожаров и попадание в 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 . 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.

Жизнь на нашей планете зародилась благодаря сочетанию многих факторов. Земля находится на благоприятном расстоянии от Солнца - не слишком сильно нагревается днём и не переохлаждается в ночное время. Земля имеет твёрдую поверхность, и на ней существует вода в жидком состоянии. Воздушная оболочка, окружающая Землю, предохраняет её от жёсткого космического излучения и «бомбардировки» метеоритами. Наша планета обладает уникальными особенностями - её поверхность опоясывают, взаимодействуя между собой, несколько оболочек: твёрдая, воздушная и водная.

Воздушная оболочка - атмосфера простирается над Землёй до высоты 2-3 тыс. км, но большая часть её массы сосредоточена у поверхности планеты. Атмосфера удерживается силой притяжения Земли, поэтому с высотой её плотность уменьшается. Атмосфера содержит кислород, необходимый для дыхания живых организмов. В атмосфере находится слой озона, так называемый защитный экран, который поглощает часть ультрафиолетовой радиации Солнца и защищает Землю от избыточных ультрафиолетовых лучей. Далеко не у всех планет Солнечной системы есть твёрдая оболочка: например, поверхности планет-гигантов - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна состоят из газов, находящихся в жидком или твёрдом состоянии из-за высокого давления и низких температур. Твёрдая оболочка Земли, или литосфера, - это огромные массы горных пород на суше и на дне океана. Под океанами и материками она имеет разную толщину - от 70 до 250 км. Литосфера разделена на крупные блоки - литосферные плиты.

Водная оболочка нашей планеты - гидросфера включает в себя всю воду планеты - в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Гидросфера - это моря и океаны, реки и озёра, подземные воды, болота, ледники, водяной пар в воздухе и вода в живых организмах. Водная оболочка перераспределяет тепло, поступающее от Солнца. Медленно нагреваясь, водные толщи Мирового океана накапливают тепло, а потом передают его атмосфере, что смягчает климат на материках в холодные периоды. Вовлечённая в мировой круговорот, вода постоянно перемещается: испаряясь с поверхностей морей, океанов, озёр или рек, она облаками переносится на сушу и выпадает в виде дождя или снега.

Оболочка Земли, в которой существует жизнь во всех её проявлениях, называется биосфера. Она включает самую верхнюю часть литосферы, гидросферу и приземную часть атмосферы. Нижняя граница биосферы располагается в земной коре материков на глубине 4-5 км, а в воздушной оболочке сфера жизни простирается до озонового слоя.

Все оболочки Земли влияют друг на друга. Основным объектом изучения географии является географическая оболочка - планетарная сфера, где переплетаются и тесно взаимодействуют нижняя часть атмосферы, гидросфера, биосфера и верхняя часть литосферы. Географическая оболочка развивается согласно суточным и годовым ритмам, на неё оказывают влияние одиннадцатилетние циклы солнечной активности, поэтому характерной особенностью географической оболочки является ритмичность происходящих процессов.

Географическая оболочка изменяется от экватора к полюсам и от подножий к вершинам гор, ей присущи основные закономерности: целостность, единство всех компонентов, непрерывность и неоднородность.

Бурное развитие человеческой цивилизации привело к появлению оболочки, в которой человек активно воздействует на природу. Эта оболочка называется ноосфера, или сфера разума. Порой люди изменяют поверхность планеты даже активнее, чем некоторые естественные природные процессы. Грубое вмешательство в природу, пренебрежение её законами может привести к тому, что со временем условия на нашей планете станут неприемлемыми для жизни.

Представления о внутренней неоднородности строения Земли и о её концентрически-зональном строении основаны на результатах комплексных геофизических исследований. Прямые свидетельства глубинного строения земных недр относятся к небольшим глубинам. Они получены в процессе изучения естественных разрезов (обнажений ) горных пород, разрезов карьеров, шахт и буровых скважин. Самая глубокая в мире скважина на Кольском полуострове углубилась в недра на 12 километров. Это составляет всего лишь 0,2% радиуса Земли (радиус Земли около 6 тыс. км.) (рис. 3.5.). Продукты вулканических извержений дают возможность судить о температурах и составе вещества на глубинах 50-100 км.

Рис. 3.5. Внутренние оболочки земли

Сейсмические волны. Главным методом исследования недр является сейсмический метод. Он основан на измерении скорости прохождения механических колебаний разных типов через вещество Земли. Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии и возникновением механических колебаний, которые распространяются в виде сейсмических волн во все стороны от места возникновения. Скорость распространения сейсмических волн весьма велика и в плотных телах, например в камне (в горных породах) достигает нескольких километров в секунду. Различают две группы сейсмических волн – объемные и поверхностные (рис. 3.6. и 3.7.). Слагающие Землю горные породы упруги и поэтому могут деформироваться и испытывать колебания при резком приложении давления (нагрузок). Внутри объема горных пород распространяются объемные волны. Они делятся на два типа: продольные (Р) и поперечные (S ) . Продольные волны в теле Земли (как и в любых других физических телах) возникают как реакция на изменение объёма. Подобно звуковым волнам в воздухе, они попеременно сжимают и растягивают вещество горных пород в направлении своего движения. Волны другого типа – поперечные возникают как реакция на изменение формы тела. Они колеблют среду, через которую они проходят, поперек пути своего движения.

На границе двух сред с разными физическими свойствами сейсмические волны испытывают преломление или отражение(P,S, PcP, PkP и т.д.). Геофизические исследования были дополнены термодинамическими расчетами и результатами физического моделирования и данными изучения метеоритов.

Полученные данные свидетельствуют о наличии в недрах Земли многочисленных субгоризонтальных границ раздела. На этих границах происходит изменение скоростей и направлений распространения физических волн (сейсмических, электромагнитных и др.) при их распространении вглубь планеты.

Рис. 3.6. Распространение сейсмических волн (О – очаг землетрясения).

Эти границы отделяют друг от друга отдельные оболочки – «геосферы», которые отличается друг от друга по химическому составу и по агрегатному состоянию вещества в них. Эти границы, отнюдь, не представляют собой привычные геометрически правильные бесконечно тонкие плоскости. Любая из этих границ – это некий объём недр, сравнительно небольшой по сравнению с объёмом разделяемых геосфер. В пределах каждого такого объёма происходит быстрая, но постепенная смена химического состава и агрегатного состояния вещества.

Недра Земли. По существующим представлениям земной шар разделен на ряд концентрических оболочек (геосфер), как бы вложенных друг в друга (рис.3.7., табл. 3.5.). «Внешние» оболочки и «внутренние» оболочки (иногда последние называют просто «недрами») отделены друг от друга поверхностью земли. Внутренние оболочки представлены, соответственно ядром, мантией и земной корой. Каждая из этих геосфер, в свою очередь имеет сложное строение. В модели Гутенберга-Буллена использована индексация гео­сфер, популярная и в настоящее время. Авторы выделяют: земную кору (слой А) - граниты, метаморфические породы, габбро; верх­нюю мантию (слой В); переходную зону (слой С); нижнюю мантию (слой D), состоящую из кислорода, кремнезема, магния и железа. На глубине 2900 км проводят границу между мантией и ядром. Ниже находится внешнее ядро (слой Е), а с глубины 5120 м - внутреннее ядро (слой G), сложенное железом:

- земная кора – тонкая внешняя каменная оболочка Земли. Она распространена от поверхности Земли вглубь до 35-75 км, слой A: Ср. толщина 6-7 км – под океанами; 35-49 км – под равнинными платформенными территориями континентов; 50-75 км – под молодыми горными сооружениями. Это самая верхняя из внутренних оболочек Земли.

    мантия - промежуточную оболочку (35-75 км. до 2900 км) (слои В, С, D) (греч. “мантион” - покрывало): слои B (75-400 км) и C (400-1000 км) соответствуют верхней мантии; переходный слой D (1000-2900 км) - нижней мантии.

-ядро – (2900 км. – 6371 км.) слои E, F, G где: Е (2900-4980 км) – внешнее ядро; F (4980-5120 км) – переходная оболочка; G (5120-6371 км) – внутреннее ядро.

Ядро Земли . Ядро составляет 16,2% ее объёма и 1/3 массы. Оно, видимо, сжато у полюсов на 10 км. На границе мантии и ядра (2900 км) происходит скачкообразное понижение скорости продольных волн с 13,6 до 8,1 км/с. Поперечные волны ниже этой границы раздела не проникают. Ядро не пропускает их сквозь себя. Это дало повод сделать вывод, что во внешней части ядра вещество находится в жидком (расплавленном) состоянии. Ниже границы мантии и ядра скорость продольных волн вновь нарастает - до 10,4 км/с. На границе внешнего и внутреннего ядра (5120 км) скорость продольных волн достигает 11,1 км/с. А потом до центра Земли почти не изменяется. На этом основании предполагается, что с глубины 5080 км вещество ядра вновь приобретает свойства очень плотного тела, и выделяется твердое внутреннее "ядрышко " с радиусом 1290 км. По мнению одних ученых, земное ядро состоит из никелистого железа. Другие утверждают, что железо, кроме никеля содержит примесь легких элементов - кремния, кислорода, возможно, серы и др. В любом случае железо как хороший проводник электричества может служить источником динамо-эфекта и образования магнитного поля Земли.

Действительно, с точки зрения физики, Земля в некотором приближении является магнитным диполем, т.е. своеобразным магнитом с двумя полюсами: южным и северным.

Японские ученые доказывают, что ядро Земли постепенно увеличивается за счет дифференциации вещества мантии 12 . составляет 82,3% объема Земли. О ее строении и вещественном составе могут быть высказаны лишь гипотетические предположения. Они основаны на сейсмологических данных и материалах экспериментального моделирования физико-химических процессов, происходящих в недрах при высоких давлениях и температурах. Скорость продольных сейсмических волн в мантии нарастает до13,6 км/с, поперечных – до 7,2-7,3 км/с.

Мантия Земли (верхняя и нижняя ). Ниже раздела Мохоровичича между земной корой и ядром Земли находится мантия (до глубины около 2900 км). Это самая массивная из оболочек Земли – она составляет 83% объёма Земли и около 67% её массы. В мантии Земли по строению, составу и свойствам выделяют три слоя: слой Гуттенберга – В до глубины 200–400 км, слой Галицина – С до 700-900 км и слой D до 2900 км. В первом приближении слои В и С обычно объединяют в верхнюю мантию, а слой D рассматривают в качестве нижней мантии. В целом в пределах мантии плотность вещества и скорость сейсмических волн быстро возрастают.

Верхняя мантия. Считается, что верхняя мантия сложена магматическими горными породами, сильно обедненными кремнеземом, но обогащенными железом и магнием (так называемыми ультраосновными породами), главным образом перидотитом. Перидотит на 80% состоит из минерала оливина (Mg,Fe) 2 и на 20% из пироксена (Mg,Fe) 2 .

Земная кора отличается от нижележащих оболочек своим строе­нием и химическим составом. Подошва земной коры очерчивается сейсмической границей Мохоровичича, на которой скорости рас­пространения сейсмических волн резко возрастают и достигают 8 - 8,2 км/с.

Таблица 3.5. Распространенность горных пород в земной коре

(по А.Б. Ронову, А.А.Ярошевскому, 1976. и по В.В. Добровольскому, 2001)

Группы пород

Распространенность, % объема земной коры

Масса, 10 18 т

Пески и песчаные породы

Глины, глинистые сланцы, кремнистые породы

Карбонаты

Соленосные отложения (сульфатные и галоидные горные породы)

Гранитоиды, гранитогнейсы, кислые эффузивы и их метаморфические эквиваленты

Габбро, базальты и их метаморфические эквиваленты

Дуниты, перидотиты, серпентиниты

Метапесчаники

Парагнейсы и кристаллические сланцы

Метаморфизованные карбонатные породы

Железистые породы

Земная поверхность и примерно 25-километровая часть земной коры формируются под воздействием:

1)эндогенных процессов (текто­нические или механические и магматические процессы), благода­ря которым создается рельеф земной поверхности и формируются толщи магматических и метаморфических горных пород;

2) экзо­генных процессов , вызывающих денудацию (разрушение) и вы­равнивание рельефа, выветривание и перенос обломков горных пород и переотложение их в пониженных частях рельефа. В резуль­тате протекания весьма разнообразных экзогенных процессов фор­мируются осадочные горные породы, составляющие самый верх­ний слой земной коры.

Выделяют два основных типа земной коры: континентальный (гранито-гнейсовый) и океанский (базаль­товый) с прерывистым осадочным слоем. Переход от коры континентального типа к коре оке­анического типа представлен на рис. 3.8.

В континентальной коре выделяют три слоя: верхний - осадоч­ный и два нижних , сложенных кристаллическими породами. Мощ­ность верхнего осадочного слоя меняется в широких пределах: от практически полного отсутствия на древних щитах до 10 - 15 км на шель­фах пассивных окраин континентов и в краевых прогибах плат­форм. Средняя мощность осадков на стабильных платформах со­ставляет около 3 км.

Под осадочным слоем находятся толщи с преобладанием в них магматических и метаморфических горных пород гранитоидного ряда, относительно богатых кремнеземом. Местами в областях расположения древ­них щитов они выходят на земную поверхность (Канадский, Бал­тийский, Алданский, Бразильский, Африканский и др.). Породы «гранитного» слоя обычно преобразованы процессами региональ­ного метаморфизма и имеют очень древний возраст (80% континентальной земной коры древнее 2,5 млрд. лет).

Под «гранитным» слоем располагается «базальтовый» слой. Вещественный состав его не изучен, но судя по данным геофизических исследований, предполагается, что он близок с породами океанской коры.

Как континенталь­ная, так и океанская кора подстилаются породами верхней ман­тии, от которой они отделяются границей Мохоровичича (граница Мохо).

В целом Земная кора состоит преимущественно из силикатов и алюмосиликатов. В ней пре­обладают кислород (43,13 %), кремний (26 %) и алюминий (7,45 %), главным образом представленные в форме оксидов, силикатов и алюмосиликатов. Средний химический состав земной коры приве­ден в табл. 3.6.

В земной коре континентального типа отмечается сравнительно высокое содержание долгоживущих радиоактивных изотопов урана 238 U, тория 232 Th и калия 40 K. Их наибольшая концентрация характерна для «гранитного» слоя.

Таблица 3.6. Средний химический состав континентальной и океанской коры

Оксиды и диоксиды

континентальной

океанской
Океаническая кора отличается от континентальной по химическому составу и строению, но так же имеет трехслойное строение

Самый верхний слой - осадочный - представлен песчано-глинистыми и карбонатны­ми осадками, отложившимися на небольших глубинах. На больших глубинах отла­гаются кремнистые илы и глубоководные красные глины.

Средняя мощность океанских осадков не превышает 500 м и только у под­ножия материковых склонов, особенно в районах крупных речных дельт, она возрастает до 12 -15 км. Вызвано это своеобразной бы­стротечной «лавинной» седиментацией, когда практически весь терригенный материал, выносимый речными системами с конти­нента, отлагается в прибрежных частях океанов, на материковом склоне и у его подножия.

Второй слой океанской коры в верхней части слагается поду­шечными лавами базальтов. Ниже располагаются долеритовые дайки того же состава. Общая мощность второго слоя океанской коры составляет 1,5 км и редко достигает 2 км. Под дайковым комплек­сом располагаются габбро и серпентениты, представляющие собой верхнюю часть третьего слоя. Мощность габбро-серпентинитового слоя достигает 5 км. Таким образом, общая мощность океанской коры без осадочного чехла составляет 6,5 - 7 км. Под осевой частью срединно-океанских хребтов мощность океанской коры сокращается до 3-4, а иногда и до 2 - 2,5 км.

Под гребнями срединно-океанских хребтов океанская кора залегает над очагами базальтовых расплавов, выделившихся из вещества астеносферы. Средняя плотность океанской коры без осадочного слоя составляет 2,9 г/см 3 . Исходя из этого общая масса океанской коры составляет 6,4 10 24 г. Океанская кора формируется в рифтовых областях срединно-океанских хребтов за счет поступления базальтовых расплавов из астеносферного слоя Земли и излияния толеитовых базальтов на океанское дно.

Литосфера. Залегающую выше астеносферы твердую плотную оболочку (включая земную кору) называют литосферой (греч. "литос" - камень). Характерным признаком литосферы является её жесткость и хрупкость. Именно хрупкостью объясняется наблюдаемое блочное строение литосферы. Она разбита крупными трещинами – глубинными разломами на крупные блоки - литосферные плиты.

Благодаря глобальной системе механических напряжений, чьё возникновение связано с вращением Земли, литосфера расколота на фрагменты – блоки разломами субмеридиального, субширотного и диагонального направлений. Эти разломы обеспечивают относительную независимость движения блоков литосферы относительно друг друга, чем и объясняется разница в строении и геологической истории отдельных литосферных блоков и их ассоциаций. Разделяющие блоки разломы, являются ослабленными зонами, по которым поднимаются магматические расплавы и потоки паров и газов.

В отличие от литосферы вещество астеносферы не обладает пределом прочности и может деформироваться (течь) при действии даже очень небольших нагрузок.

Химический состав земной коры . Распространенность элементов в земной коре характеризуются большим контрастом, достигающим 10 10 .Самые распространенные химические элементы (рис. 3.10) на всей Земле это:

    кислород (О 2) – составляет 47 масс % земной коры. Он входи в состав около 2 тысяч минералов;

    кремний (Si) – составляет 29,5% и входит в более чем тысячу минералов;

    алюминий (Аl) – 8,05%;

    железо (Fe), кальций (Са), калий (К), натрий (Na), титан (Ti), магний (Mg) – составляют первые % массы земной коры;

На долю остальных элементов приходится около 1%.

А.Е. Ферсман предложил выражать числа кларка не в весовых, а в атомных процентах, что лучше отражает соотношения количеств атомов, а не их масс и сформулировал три основные закономерности:

1. Распространенность элементов в земной коре характеризуются большим контрастом, достигающим 10 10 .

2. Всего девять элементов O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, являются главными строителями литосферы, составляя 99,18% ее веса. Из них на первые три приходится 84,55%. На долю остальных 83 приходится менее 1% (рис.3.9.).

3. Ведущий элемент – кислород. Его массовый кларк оценивается в интервале 44,6 – 49%, атомный – 53,3 (по А.Е. Ферсману), а объемный (по В.М. Гольдщмидту) – 92%.

Таким образом, земная кора и по объему и по массе состоит главным образом из кислорода.

Если средние содержания элементов в коре в первом приближении можно считать неизменными на протяжении всей ее истории, то в отдельных ее участках идут периодические изменения. Хотя земная кора не является закрытой системой, ее обмен массами вещества с космосом и более глубокими зонами планеты пока не могут быть учтены количественно, выходят за пределы точности наших измерений и явно не повлияют на числа кларков.

Кларк . В 1889 г. американский геохимик Фрэнк Кларк впервые определил средние содержания химических элементов в земной коре. В честь него русский академик А.Е.Ферсман предложил называть "кларками " - средние содержания химических элементов в какой-либо природной системе - в земной коре, в горной породе, в минерале 13 . Чем выше природный кларк химического элемента, тем больше минералов, в состав которых входит этот элемент. Так, кислород встречается почти в половине всех известных минералов. Любая территория, которая содержит более кларка данного вещества, является потенциально интересной, так как там могут иметься промышленные запасы данного вещества. Такие участки исследуются геологами с целью выявления месторождений полезных ископаемых.

Некоторые химические элементы (например, радиоактивные) со временем изменяются. Так, уран и торий, распадаясь, превращаются в устойчивые элементы - свинец и гелий. Это дает основание предполагать, что в минувшие геологические эпохи кларки урана и тория были, очевидно, значительно выше, а кларки свинца - ниже, чем сейчас. По-видимому, это относится и ко всем другим элементам, подверженным радиоактивным превращениям. Изотопный состав некоторых химических элементов со временем меняется (например, изотоп урана 238 U). Предполагают, что два млрд. лет назад атомов изотопа 235 U на Земле было почти в шесть раз больше, чем сейчас.

Около 40000 километров. Географические оболочки Земли - это системы планеты, где все компоненты внутри взаимосвязаны и определены друг относительно друга. Выделяют четыре типа оболочек - атмосферу, литосферу, гидросферу и биосферу. Агрегатные состояния веществ в них встречаются всех типов - жидкие, твердые и газообразные.

Оболочки Земли: атмосфера

Атмосфера является внешней оболочкой. В ее состав вошли разные газы:

  • азот - 78,08%;
  • кислород - 20,95%;
  • аргон - 0,93%;
  • углекислый газ - 0,03%.

Помимо них встречаются озон, гелий, водород, инертные газы, но их доля в общем объеме составляет не более 0,01%. В состав этой оболочки Земли также входит пыль и водяной пар.

Атмосфера, в свою очередь, делится на 5 слоев:

  • тропосфера - высота от 8 до 12 км, характерно присутствие водяного пара, формирование осадков, движение воздушных масс;
  • стратосфера - 8-55 км, содержит озоновый слой, поглощающий УФ-излучение;
  • мезосфера - 55-80 км, низкая по сравнению с нижней тропосферой плотность воздуха;
  • ионосфера - 80-1000 км, в состав входят ионизированные атомы кислорода, свободные электроны и другие заряженные молекулы газов;
  • верхняя атмосфера (сфера рассеяния) - более 1000 км, молекулы двигаются с огромными скоростями и могут проникать в космос.

Атмосфера поддерживает жизнь на планете, поскольку она способствует сохранению тепла на Земле. Также она не допускает проникновения прямых солнечных лучей. А ее осадки повлияли на почвообразовательный процесс и формирование климата.

Оболочки Земли: литосфера

Это твердая оболочка, слагающая земную кору. В состав земного шара входят несколько концентрических слоев с разной толщиной и плотностью. Также они имеют неоднородный состав. Усредненное значение плотности Земли - 5,52 г/см 3 , а в верхних слоях - 2,7. Это свидетельствует о том, что внутри планеты находятся более тяжелые вещества, нежели на поверхности.

Верхние литосферные слои имеют мощность 60-120 км. В них преобладают магматические горные породы - гранит, гнейс, базальт. Большинство из них в течение миллионов лет подвергалось процессам разрушения, воздействию давления, температур и превратилось в рыхлые породы - песок, глина, лёсс и т.д.

До 1200 км находится так называемая сигматическая оболочка. Основными слагающими ее веществами являются магний и кремний.

На глубинах 1200-2900 км находится оболочка, получившая название средняя полуметаллическая или рудная. В основном здесь содержатся металлы, в частности железо.

Ниже 2900 км располагается центральная часть Земли.

Гидросфера

Состав этой оболочки Земли представлен всеми водами планеты, будь то океаны, моря, реки, озера, болота, грунтовые воды. Располагается гидросфера на поверхности Земли и занимает 70% всей площади - 361 млн. км 2 .

В океане сосредоточено 1375 млн. км 3 воды, на поверхности суши и в ледниках - 25, в озерах - 0,25. По мнению академика Вернадского, большие запасы воды находятся в толще земной коры.

На поверхности суши воды задействованы в непрерывном водообмене. Испарение происходит в основном с поверхности океана, где вода - соленая. За счет процесса конденсации в атмосфере суша обеспечивается пресной водой.

Биосфера

Структура, состав и энергия этой оболочки Земли обусловливаются процессами деятельности живых организмов. Биосферные границы - поверхность суши, почвенный слой, нижняя атмосфера и вся гидросфера.

Растения распределяют и накапливают энергию Солнца в виде различных органических веществ. Живые организмы осуществляют миграционный процесс химических веществ в почве, атмосфере, гидросфере, осадочных породах. Благодаря животным в этих оболочках происходят газообмен, окислительно-восстановительные реакции. Атмосфера является также результатом деятельности живых организмов.

Оболочка представлена биогеоценозами, которые являются генетически однородными участками Земли с одним типом растительного покрова и населяющими животными. Биогеоценозы имеют свойственные для них почвы, рельеф и микроклимат.

Все оболочки Земли находятся в тесном непрерывном взаимодействии, которое выражается как обмен веществами и энергией. Исследования в области этого взаимодействия и выявление общих из принципов важно для познания почвообразовательного процесса. Географические оболочки Земли - уникальные системы, характерные только для нашей планеты.

Центральную часть планеты, подобную сердцевине яблока, за-нимает тяжелое ядро , состоящее в основном из железа и других металлов в твердом состоянии. Из-за немыслимо высокого дав-ления, создаваемого весом вышележащих слоев, оно стиснуто со всех сторон настолько, что не может расплавиться, несмотря на очень высокую температуру, царящую в недрах. Поэтому только внешняя часть ядра жидкая. Именно движения жидкой и твер-дой частей ядра относительно друг друга и порождают магнитное поле Земли — то самое, на которое реагирует стрелка компаса .

Ядро делится на две части: внешнее и внутреннее. Земное ядро, как предполагают, состоит из расплавленного железа, внутри которого находится твёрдое внутреннее ядро.

Мантия

Мантия (по-гречески — «покрывало») покрывает ядро. Мантия составляет основной объем нашей планеты подобно мякоти яблока. Она про-стирается от земной коры до земно-го ядра почти на 3000 км. Учёные предполагают, что мантия твёрдая и в то же время пластичная, раскалённая. Выделяют верхнюю мантию — астеносферу, и нижнюю — мезосферу.

Вещество мантии отличается от ядра по составу: если ядро мы считаем металлическим, то мантию можно назвать каменной. Ее слагают тяжелые горные породы, такие, как базальт и руды раз-личных металлов. Они хоть и тяжелые, но легче самих металлов, потому и не «потонули» глубже. Температура и давление здесь почти так же велики, как в ядре, и это приводит к тому же резуль-тату: большая часть вещества мантии удерживается в твердом со-стоянии, точнее — напоминающем густой клей. Лишь ближе к по-верхности, где давление немного «отпускает», вещество мантии становится жидким и даже может изливаться наружу через кра-теры вулканов в виде лавы. В глубинах мантийного вещества по-стоянно происходит чрезвычайно медленное тепловое перемеши-вание , подобное тому, что можно наблюдать в кастрюле с варя-щимся густым киселем. Отголоски такого перемешивания мы ощущаем в виде землетрясений: очаги землетрясений как раз об-наруживаются в верхних слоях мантии.

Через «огнедышащие горы» — вулканы — на поверхность Земли поступает мантийное вещество. Вулканические извержения до-ставляют людям множество неприятностей, однако именно вул-канам наша планета обязана своей водной и воздушной оболочка-ми.

Литосфера

Литосфера (каменная оболочка) — это са-мая верхняя оболочка Земли. Она покры-вает снаружи земной шар. Верхний слой литосферы называют зем-ной корой (рис. 42). По этой коре мы с вами ходим, на ней построены города и посёлки, по ней текут реки , в её пониже-ниях плещутся воды морей и океанов .

Поверхность земного шара разнообразна. В одних местах на многие десятки километров простираются равнинные пространства, в других — высятся го-ры , вершины которых покрыты снегом и льдом.

Толщина литосферы не везде одинакова. Под океанами её нижняя граница уходит на глубину 5-10 км, под равнинами — на 30-40 км, а под горными массивами — на 50-70 км.

В состав литосферы геологи включают всю земную кору и самые верхние участки мантии, за-стывшие под корой.

Земная кора

Тонкую наружную «кожуру» планеты (ее средняя толщина всего лишь 33 км) называют земной корой . Если сравнивать Землю с яб-локом, то кора будет даже тоньше яблочной кожуры. Еще ее мож-но сравнить с застывшей пенкой на киселе: она такая же тонкая и неоднородная. Породы земной коры находятся в твердом, застывшем со-стоянии. Нижний, глубинный слой состоит в основном из более тя-желого базальта . Сверху его покрывает слой, сложенный главным образом из более легкого гранита . Обе эти горные породы хо-рошо знакомы каждому человеку: их можно постоянно видеть на природе и на улицах города. В природе же они не часто выходят на поверхность Земли, по-тому что обычно скрыты третьим слоем — слоем осадочных по-род , который образовывался из продуктов разрушения гранитно-го слоя в течение всей истории Земли. Гранитный слой есть толь-ко на материках. За счет него земная кора здесь бо-лее толстая, но хрупкая. На дне океанов гранитного слоя нет — только базальто-вый. Так что под океанами земная кора более тонкая и пластичная.

  • Почва . Почва — это наружный слой земной коры.
  • Горные породы . Породы, слагающие земную кору, по способу их образования бывают магматические , осадочные и метаморфические . Самый нижний слой земной коры состоит из базальтов, на нём покоится гранитный слой, но только под материками. Под океанами гранитного слоя нет. В ряде мест земного шара граниты выходят на дневную поверхность.

Бурение скважин

Люди роют шахты для добычи угля и руды. Глу-бина некоторых шахт достигает 3 километров. Конечно, сама по себе эта величина не так уж велика — по сравнению с 6,5 тысячи километров, отделяющими поверхность планеты от ее центра, — и, тем не менее, известно, что, когда спускаешься в шахту, темпе-ратура повышается примерно на 3° на каждые 100 м глубины. Чем глубже, тем это увеличение температуры идет быстрее. Не-трудно рассчитать, что уже на глубине 40 км температура превы-сит тысячу градусов. А при такой температуре многие горные по-роды расплавляются в жидкость.

Сейсмический метод

Звук от ударов по земле распространяется иначе, чем по воздуху, — быстрее и дальше. Точно так же есть различия в прохождении звука по твердым и по расплавленным до жидкого состояния горным породам. Изучая «эхо», распространяющееся в глубинах планеты после специальных ударов (небольших направленных взрывов), ученые установили, что на глуби-нах от 60 до 250 километров горные породы действительно становятся частично расплавленными.