Глава 1. геологические оболочки земли

Возраст Земли, определяемый методами изотопной геологии, со­ставляет около 5 млрд. лет. Наиболее принятые показатели 4,6–4,7 млрд. лет. Приблизительно таков же возраст Солнца и других планет Солнечной системы. По современным представлениям, они образовались из вращающегося газопылевого космического облака. Под влиянием тепла, выделяющегося при гравитацион­ном сжатии и радиоактивном распаде атомов, вещество Земли постепенно дифференцировалось на ядро, мантию и верхние слои – литосферу, атмосферу, гидросферу. На ранней Земле предполагают активный вулканизм. За счет лав, выплавляющихся из верхней мантии, постепенно сфор­мировалась земная кора, а дегазация лав привела к возникнове­нию первичной атмосферы и жидкой воды на поверхности плане­ты. В первый миллиард лет существования Земли океан был, по самым грубым оценкам, примерно в 5 раз меньше современного по глубине и объему. Он формировался за счет разрастания и слияния мелких озер на поверхности суши. Ландшафт, подобно современному лунному, представлял вулканические конусы на плоских пространствах. Состав древней атмосферы считают близким к составу газов, выделяющихся из современных вулка­нов. Они содержат водяной пар (до 70–80%), углекислый газ (6–19%), хлор (до 7%), метан, аммиак, соединения серы и мно­гие другие компоненты. Химический анализ газовых пузырьков в древнейших породах Земли показал полное отсутствие в них свободного кислорода, около 60% СО₂ около 35% Н₂S, SО₂, NH₃, НСl и НF, некоторое количество азота и инертных газов. В настоящее время имеется уже достаточно много неоспори­мых доказательств того, что ранняя атмосфера Земли была бескислородной, аналогично другим планетам Солнечной систе­мы. Ультрафиолетовое излучение Солнца свободно достигало поверхности воды и суши из-за отсутствия озонового экрана. Вулканические газы, растворяясь в воде, переходили в первич­ный океан, имевший в результате сильно кислую реакцию. Возникшая на Земле жизнь постепенно изменила эти усло­вия и преобразовала химию верхних оболочек планеты.

Атмосфера(греч. «атмос» – пар) – сплошная воздушная оболочка Земли. Ат­мосфера окружает Землю до высоты 3 тыс. км. Она состоит из смеси газов и пылевидных частиц. В сухом чистом воздухе в объемных процентах содержится 78% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, 0,03% углекислого газа и около 0,003% смесь неона, гелия, криптона, ксенона, оксидов азота, метана, во­дорода, паров воды и озона. На долю водяного пара приходится до 3% объема атмосферы. Большая часть пыли в составе атмосферы поднята с поверхности Земли, но также присутствует космическая и бактериальная пыль. Нормальное давление атмосферы – 1 кПа (750,1 мм рт. ст.). Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодина­ковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, термо-и экзосферу. Последние три слоя иногда рассматривают как ионосферу.

Тропосфера (от 0 до 7 км у полюсов и до 18 км у экватора). В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и 4/5 массы ат­мосферы. Здесь развиваются все погодные явления. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглоща­ет солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и яв­ляется источником всех осадков. Температура тропосферы с высотой уменьшается и на высоте 10–12 км достигает -55° С.

Стратосфера (до 40 км). Температура постепенно возрас­тает до 0° С. В верхних слоях - на высоте 22–24 км наблюдается максимальная концентрация озона (озоновый слой). Единица измерения озона – Добсон (1 DU = 0.01 мм; норма 340-360 DU) . Озон поглощает большую часть губительного для живых организмов жесткого излуче­ния Солнца. Над различными участками земной поверхности и в разное время года содержание озона неодинаково. Его больше в высоких широтах, меньше в средних и низких; весной озона больше, чем осенью.

Мезосфера (до 80 км). Температура падает до -60…-80° С. Наблюдается высокое содержание ионов газов, являющихся причиной возникновения полярных сияний.

Термосфера (до 800 км). Характеризуется ростом темпера­туры. Увеличивается содержание легких газов – водорода и гелия – и заряженных частиц.

Экзосфера (до 1500–2000 (3000) км). Здесь происходит рас­сеивание (диссипация) атмосферных газов в космическое про­странство

Гидросфера

Гидросфера(греч. «гидро» – вода) – прерывистая водная оболочка Земли. Распо­лагается между атмосферой и литосферой и включает в себя все океаны, моря, озера, реки, а также подземные воды, льды, снега полярных и высокогорных районов. Гидросферу делят на поверхностную и подземную.

Поверхностная гидросфера – водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. По­верхностная гидросфера покрывает земную поверхность на 70,8%.

Подземная гидросфера – включает воды, находящиеся в вер­хней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, ниж­нюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры. По отношению к объему земного шара общий объем гид­росферы не превышает 0,13%. Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан. На долю под­земных вод приходится 1,69% от общего объема гидросферы, остальное – воды рек, озер и ледников. Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соле­ные воды океанов, морей и др.; пресных вод – около 2%. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходит­ся всего лишь 0,3% объема гидросферы.

Литосфера (греч. «литос» – камень) – твердая обо­лочка земного шара.Во внутреннем строении Земли выделяют три основных слоя: земную кору, мантию и ядро.

Земная кора располагается в среднем до глубины 35 км (до 5–15 км под океанами и до 35–70 км под континентами). В состав земной коры входят все известные химические эле­менты. Преобладают кислород О (49,1%), кремний Si (26%), алюминий Al (7,4%), железо Fe (4,2%), кальций Ca (3,3%), натрий Na (2,4%), калий К (2,4%), магний Mg (2,4%).

Мантия располагается между земной корой и ядром и рас­пространяется до глубины 2900 км. Здесь преобладают О, Si, Fe, Mg, Ni. Внутри мантии с глубины 50–100 км под океана­ми и 100–250 км под континентами начинается слой веще­ства, по состоянию близкого к плавлению, так называемая астеносфера. Земная кора вместе с верхним твердым слоем мантии над астеносферой называется литосферой. Литосфера – внешняя твердая оболочка земного шара. Это относительно хрупкая оболочка. Она разбита глубинными разломами на круп­ные блоки – литосферные плиты, которые медленно переме­щаются по астеносфере в горизонтальном направлении.

Ядро располагается ниже мантии на глубине от 2900 км до 6371 км; состоит из Fe и Ni.

Строение земной коры.

Земная кора сложена из горных пород, которые, в свою очередь, состоят из минералов.Ми­нерал – природное тело однородного химического состава, обладающее во всей своей массе одинаковыми физически­ми свойствами.Горные породы – геологические образова­ния, состоящие из минералов и обладающие относительно постоянными химическим составом и свойствами. По способу образования горные породы делят на магмати­ческие, метаморфические и осадочные.

Магматические породы образуются из жидкого силикатно­го расплава магмы при ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от места ее остывания магматические породы разделяют на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). К магматическим породам относят гра­нит, базальт и т.д.

Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород под влиянием процессов метаморфизма – под действием высоких температур, давлений и активных флю­идов (горячих газов и растворов) в средних слоях литосферы. К метаморфическим породам относят сланцы, гнейс, мрамор и т. д.

Осадочные породы образуются в поверхностной части земной коры в результате разрушения, переотложения и пре­образования на поверхности Земли и на дне водоемов ранее существовавших пород. Они делятся на механические (обло­мочные), химические (хемогенные) и органические (органо­генные). Механические (обломочные) осадочные породы образу­ются в результате механического разрушения магматических и метаморфических пород. В зависимости от размера частиц, слагающих породу, выделяют грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), пылеватые и глинистые породы. Химичес­кие осадочные породы образуются за счет выпадения осадка при перенасыщении растворов. К ним относятся известняк, доло­мит, каменная соль и т. д. Органические (биохимические) оса­дочные породы образуются в результате жизнедеятельности орга­низмов. К ним относятся органогенные известняки, мел, торф, нефть, уголь и т. д. Доля различных горных пород в земной коре неодинако­ва. Более 70% приходится на магматические породы, около 17% – на метаморфические и лишь чуть больше 12% – на осадочные. Земная кора неодинакова по составу, строению и мощнос­ти. Различают континентальную, океаническую и промежу­точную коры.Континентальная (материковая) кора покрыва­ет третью часть земного шара, она присуща континентам, вклю­чая их подводные окраины, имеет толщину 35–70 км и состо­ит из 3 слоев: осадочного, гранитного и базальтового.Океани­ческая кора располагается под океанами, имеет толщину 5–15 км и состоит из 3 слоев: осадочного, базальтового и габбросерпентинитового.Промежуточная (переходная) кора имеет черты как континентальной, так и океанической коры. Самыми крупными структурными элементами земной коры являютсяматерики, включая их подводные окраины, иокеаны. Основная их часть принадлежит спокойным участкам (плат­формам), меньшая – подвижным участкам (геосинклиналям).

Геосинклинали – обширные подвижные участки земной коры с разнообразными по интенсивности и направленности тек­тоническими движениями. В своем развитии геосинклинали проходят два этапа: первый (более продолжительный) харак­теризуется погружением и морским режимом (при этом фор­мируется океаническая земная кора), второй (менее продол­жительный) – интенсивным поднятием и горообразованием (при этом формируется материковая земная кора). Первый этап связан с расхождением литосферных плит, второй – с их сближением и столкновением.

Платформы – обширные устойчивые, преимущественно равнинные блоки земной коры. Платформы бывают матери­ковые и океанические с соответствующим типом земной коры. Материковые платформы имеют нижний ярус – фундамент (образован метаморфическими и магматическими породами) и верхний ярус – осадочный чехол (образован осадочными по­родами). Различают древние платформы (фундамент образо­вался в докембрии) и молодые (фундамент образовался в па­леозое). Древние платформы разделены между собой геосинклинальными поясами. Молодые платформы не образуют са­мостоятельных массивов, а причленяются к древним. Горы в основном соответствуют геосинклинальным поясам разного возраста, равнины – древним и молодым платфор­мам.

Педосфера

Понятие почвы и почвенного покрова. Педосфера (лат. «педис» – нога, стопа) – оболочка Земли, образуемая почвенным по­кровом; верхняя (дневная) часть литосферы на суше.Почва – это поверхностный горизонт земной коры, образующий неболь­шой по мощности слой, сформированный в результате взаимо­действия факторов почвообразования: клима­та, организмов, почвообразующих пород, рельефа местности, возраста страны (времени), хозяйственной деятельности чело­века. Так как эти факторы почвообразования и их сочетания неодинаковы в различных частях Земли, то и мир почв также отличается широким разнообразием. Каждая почва отличается особым строением и отражает местные природные условия. В. И. Вернадский назвал почвы «благородной ржавчиной Земли». Это тончайшая поверхностная оболочка суши. Верхняя граница почвы – поверхность раздела между почвой и атмосферой, нижняя граница – глубина проникно­вения почвообразовательных процессов. Мощность (толщи­на) современных зональных почв около 80–150 см, с колеба­ниями от нескольких сантиметров до 2,5–3,0 м. Почва является неотъемлемым компонентом наземных биогеоценозов. Она осуществляет сопряжение (взаимодействие) большого геологического и малого биологического кругово­ротов веществ. Почва – уникальное по сложности веществен­ного состава природное образование. Вещество почвы пред­ставлено четырьмя физическими фазами: твердой (минераль­ные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и живой (организмы). Для почв характерна сложная пространственная организация и диф­ференциация признаков, свойств и процессов. Важнейшее свойство почв –плодородие – способность почв удовлетворять потребность растений в элементах питания и воде, обеспечивать их корневые системы достаточным коли­чеством тепла и воздуха для нормальной деятельности и со­здания урожая. Природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функциони­рования и эволюции под воздействием факторов почвообра­зования называетсяпочвообразовательным процессом или поч­вообразованием. Он представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии в почвенной толще. Наиболее существенные слагаемые почвообразователь­ного процесса следующие: 1) превращение (трансформация) минералов горной породы, из которой образуется сама почва, а в дальнейшем и самой почвы; 2) накопление органических остатков и их постепенная трансформация; 3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием слож­ной системы органо-минеральных соединений; 4) накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных эле­ментов, прежде всего элементов питания; 5) передвижение продуктов почвообразования с током влаги в профиле почвы.

Тип почвы – группа почв, развивающихся в однотипно сопряженных биологических, климатических, гидрологических условиях и характеризующихся ярким проявлением основно­го процесса почвообразования при возможном сочетании с другими процессами. Почвенный покров Земли составляют в основном следую­щие почвы: арктические, тундровые, подзолистые, дерновые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные, бурые лесные, се­рые лесные, черноземные, каштановые, бурые полупустын­ные, сероземы, желтоземы, красноземы, коричневые, серо-коричневые, ферралитные, латеритные, а также солончаки, солонцы, солоди, болотные, пойменные, песчаные и горные почвы и др.