Литосфера и внутреннее строение Земли

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.

1.4. 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.

Морфологические признаки почв. Почвы обладают внешни­ми, так называемымиморфологическими признаками, по кото­рым ее можно отличить от горной породы или одну почву от другой, а также приблизительно судить о направлении и сте­пени выраженности почвообразовательного процесса. Глав­ные морфологические признаки почвы: строение почвенного профиля, мощность почвы и ее отдельных горизонтов, окраска, структура, гранулометрический состав, сложение, новооб­разования и включения.

Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами на­зывается строением почвы. Совокупность генетических го­ризонтов образуетпочвенный профиль – определенную верти­кальную последовательность генетических горизонтов почвы. Генетические почвенные горизонты – это однородные, обычно параллельные поверхности слои почвы, составляющие почвен­ный профиль и различающиеся между собой по морфологи­ческим признакам. Каждому почвенному типу свойственно свое сочетание горизонтов.

Наиболее важными с экологической точки зрения свой­ствами и признаками почв являются следующие: мощность почвы, гранулометрический состав, структура, плот­ность, содержание гумуса, влажность, состав почвенного ра­створа, кислотность, буферность и др.

Экологические функции почв. Почва является неотъемлемой частью любого наземного биогеоценоза и биосферы в целом. При этом она выполняет ряд экологических функций, в том числе глобальных биосферных, обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Зем­ле. Экологические функций почвы можно разделить на две большие группы: экосистемные (биогеоценотические) функ­ции почвы и глобальные (биосферные) функции почвенного покрова. Почва, будучи составной частью любого наземного биогеоценоза, выполняет ряд биогеоценотических функций. Почвенный покров, являясь неотъемлемым компонентом био­сферы, выполняет ряд биосферных функций.

Биосферные функции почвенного покрова следующие:

1. Среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши.

2. Сопряжение большого геологического и малого биоло­гического круговоротов веществ на земной поверхности.

3. Регулирование химического состава атмосферы и гидро­сферы.

4. Защитный барьер биосферы.

5. Обеспечение существования жизни на Земле. Кроме экологических функций по отношению непосред­ственно к человеку почва осуществляет еще одну функцию – сельскохозяйственную. Она является главным средством сель­скохозяйственного производства. В основе и экологических, и сельскохозяйственных функций почвы лежит ее важнейшее свойство – плодородие. Следствием снижения почвенного плодородия в результате различных деградационных процес­сов является падение продуктивности естественных и агро­культурных ландшафтов. Это создает угрозу продовольствен­ной безопасности человечества.

Глава 2. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

Признаки живой материи

Отечественным ученымМ. В. Волькенштейном предложено следующее определение жизни: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующие­ся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из био­полимеров – белков и нуклеиновых кислот».

Однако до сих пор общепризнанного определения понятия «жизнь» не существует. Но можно выделитьпризнаки (свой­ства) живой материи, отличающие ее от неживой.

1.Определенный химический состав. Живые организмы со­стоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ явля­ются углерод С, кислород О, азот N и водород Н.

2.Клеточное строение. Все живые организмы, кроме виру­сов, имеют клеточное строение.

3.Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступ­ления в них из внешней среды веществ и энергии.

4.Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз – постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.

5.Раздражимость. Живые организмы проявляют раздражи­мость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.

6.Наследственность. Живые организмы способны переда­вать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации – молекул ДНК и РНК

7.Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.

8.Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться – воспроизводить себе подоб­ных.

9.Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свой­ственен онтогенез – индивидуальное развитие организ­ма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.

10.Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойственен филогенез – историческое развитие жизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.

11.Адаптации. Живые организмы способны адаптировать­ся, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды.

12.Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).

13.Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.

14.Иерархичность. Начиная от биополимеров (белков и нук­леиновых кислот) и кончая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функциони­рование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.