Вопрос 35. Взаимодействие биосферы с литосферой и гидросферой.

Биосфера – это сфера жизни, целостная планетная оболочка.

Литосфера – это твёрдая оболочка Земли.

Гидросфера – это водная оболочка Земли.

Внешние оболочки Земли - атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера развиваются в тесной взаимосвязи между собой.

Основные их составляющие газ, жидкие и твердые вещества, перемешиваясь, переходят из одного состояния в другое. Поэтому в местах соприкосновения оболочек наблюдается постоянное их взаимодействие.

Все четыре сферы могут находится в одном месте. Например, в почве присутствуют минералы, которые являются частью литосферы. Также влажность — элемент гидросферы, насекомые и растения — части биосферы, и воздух — элемент атмосферы.

Гидросфера вся, включая природные воды глубоководных желобов, содержит жизнь и входит в биосферу.

Четыре сферы Земли: литосфера, гидросфера, биосфера и атмосфера.

Область около поверхности земли может быть разделена на четыре взаимосвязанные геосферы: литосфера, гидросфера, биосфера и атмосфера. Названия этих четырех сфер получены от греческих слов: лито — камень, атмо — воздух, гидро — вода и био — жизнь.

Литосфера является твердой, скалистой оболочкой, покрывающей всю планету. Эта оболочка является неорганической и состоит из полезных ископаемых. Она покрывает всю поверхность земли от вершины горы Эверест до основания Марианского желоба.

Гидросфера предсталяет собой всю водную оболочку Земли. Она включает в себя океаны, моря, реки, озера и даже влажность воздуха. Девяносто семь процентов воды земли находятся в океанах. Оставшииеся три процента — пресная вода; три четверти пресной воды пребывает в твердом состоянии в форме льда.

Биосфера включает в себя все живые организмы. Растения, животные, и одноклеточные организмы являются составляющими биосферы. Большая часть жизни на планете находится в пределах трех метров ниже уровня поверхности земли и тридцати метров выше этого уровня, в также на глубине 200 метров в морях и океанах.

Атмосфера — это воздушная оболочка, которая окружает нашу планету. Большая часть атмосферы расположена близко к поверхности земли, и является самой плотной. Воздух нашей планеты на 79% состоит из азота и менее чем на 21% из кислорода.

Все четыре сферы могут находится в одном месте. Например, в почве присутсвует минералы, которые являются частью литосферы. Также влажность — элемент гидросферы, насекомые и растения — части биосферы, и воздух — элемент атмосферы.
Вопрос 36. Географическая оболочка, ее специфика и границы. Саморегулирование, функционирование и целостность географической оболочки.

Географическая оболочка – это природное образование, целостная материально-энергетическая система сферической формы, возникшая и развивающаяся при взаимодействии литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы.

Географическая оболочка обладает рядом таких свойств и природных систем, которые создают условия для жизни: циркуляция атмосферы и образование климатов, динамика водных масс океанов и др. Географическая оболочка даёт вещество и энергию для живых организмов и, перерабатывается ими.

Границы географической оболочки нечеткие. Вверх и вниз от земной поверхности взаимодействие компонентов постепенно ослабевает, а затем полностью исчезает. За верхнюю границу часто принимается озоновый слой, расположенный на высоте 25 км, за нижнюю границу на суше обычно принимают подошву коры выветривания мощностью до 1 км, а в океане – океаническое дно.

Характерная черта динамики географической оболочки и ее компонентов - саморегулирование, которое базируется на принципе всеобщей связи явлений. Благодаря саморегулированию географическая оболочка сохраняет свою устойчивость и многие параметры геосистем находятся в состоянии динамического равновесия несмотря на резкие колебания внешних факторов. (Примером саморегулирования может служить солевой состав Мирового океана: несмотря на различия в количестве атмосферных осадков, испарении и речном стоке, соотношение ионов солей в океанической воде остается почти постоянным.)

Функционирование географической оболочки осуществляется посредством большого количества круговоротов веществ и энергий, обеспечивает сохранение основных ее свойств на протяжении значительного времени, обычно носит ритмический (суточный, годовой и т.д.) характер и не сопровождается ее коренным изменением

Целостность географической оболочки проявляется в том, что изменение одного компонента природного комплекса неизбежно вызывает изменение всех остальных и всей системы, как целого.

Географи́ческая оболо́чка — в российской географической науке под этим понимается целостная и непрерывная оболочка Земли, где её составные части: верхняя часть литосферы (земная кора), нижняя часть атмосферы (тропосфера, стратосфера, гидросфера и биосфера) - а также антропосфера проникают друг в друга и находятся в тесном взаимодействии. Между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией.

Верхнюю границу географической оболочки проводят по стратопаузе, так как до этого рубежа сказывается тепловое воздействие земной поверхности на атмосферные процессы; границу географической оболочки в литосфере часто совмещают с нижним пределом области гипергенеза (иногда за нижнюю границу географической оболочки принимают подножие стратисферы, среднюю глубину сейсмических или вулканических очагов, подошву земной коры, уровень нулевых годовых амплитуд температуры). Географическая оболочка полностью охватывает гидросферу, опускаясь в океане на 10-11 км ниже уровня моря, верхнюю зону земной коры и нижнюю часть атмосферы (слой мощностью 25-30 км). Наибольшая толщина географической оболочки близка к 40 км. Географическая оболочка является объектом исследования географии и её отраслевых наук.

Компоненты географической оболочки

Земная кора

Земная кора — это верхняя часть твёрдой земли. От мантии отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн — границей Мохоровичича. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30-50 км на континентах.[1] Бывает два типа коры — континентальная и океаническая. В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава, плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Кинематику этих движений описывает тектоника плит.

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы. Содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,34 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Стратосфера

Верхняя граница — на высоте 50—55 км. Температура с ростом высоты возрастает до уровня около 0 °C. Малая турбулентность, ничтожное содержание водяного пара, повышенное по сравнению с ниже — и вышележащими слоями содержание озона (максимальная концентрация озона на высотах 20-25 км).

Гидросфера

Гидросфера — совокупность всех водных запасов Земли. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара.

Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова, и в вечной мерзлоте, слагая криосферу.

Биосфера

Биосфера — это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосфера), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Ноосфера

Антропосфера или ноосфера - является сферой взаимодействия человека и природы. Признается не всеми учеными.

Саморегулирование в географической оболочке и цепи связей в геосистемах

Характерная черта динамики географической оболочки и ее компонентов - саморегулирование, которое базируется на принципе всеобщей связи явлений. Благодаря саморегулированию географическая оболочка сохраняет свою устойчивость и многие параметры геосистем находятся в состоянии динамического равновесия несмотря на резкие колебания внешних факторов. Примером саморегулирования может служить солевой состав Мирового океана: несмотря на различия в количестве атмосферных осадков, испарении и речном стоке, соотношение ионов солей в океанической воде остается почти постоянным (В.И.Вернадский даже предлагал принять это соотношение за константу нашей планеты). Другой пример - регулирование содержания диоксида углерода в географической оболочке на основе карбонатной системы Мирового океана.

Основная причина постоянства - всеобщая взаимосвязанность концентраций веществ. В соответствие с принципом Ле-Шателье - Брауна, нельзя изменить концентрацию одного компонента замкнутой термодинамической системы без изменения содержания остальных компонентов: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, оказывать внешнее воздействие, то в системе усиливается то направление процесса, течение которого ослабляет данное воздействие, и положение равновесия смещается в том же направлении. Это обстоятельство защищает систему от внешних возмущений. Другое дело определить, когда такое равновесие наступит. Надежность системы возрастает с увеличением ее сложности. В определенной мере этот принцип применим к открытой термодинамической системе, каковой является географическая оболочка. В большинстве незамкнутых геосистем действие этого принципа ограничено, так как всегда есть возможность стороннего поступления анализируемого компонента. Вопрос правомочности применения принципа Ле-Шателье - Брауна в географических системах чрезвычайно важен, так как на его основе оценивается состояние биосферы и возможности жизнедеятельности организмов.

Во многих случаях динамическое равновесие принимает форму автоколебаний (колебание величины относительно некоторого среднего ее значения). Таковы суточные и годовые колебания большинства физико-географических параметров. Например, автоколебательный характер имеют процессы природной системы солнечная радиация-испарение - облачность.

За счет солнечной радиации земная поверхность нагревается, что приводит к росту испарения. Поступившая в атмосферу влага конденсируется и образуются облака, которые частично задерживают приходящую коротковолновую солнечную радиацию. Уменьшение ее прихода на земную поверхность понижает температуру поверхности, вследствие чего снижается испарение. Соответственно, изменяется интенсивность и других процессов: уменьшается поступление влаги в атмосферу, рассеиваются облака, вновь увеличивается приход солнечной радиации и начинается новый цикл. Таким образом, четыре взаимосвязанных процесса контролируют друг друга, не давая возможности каждому выйти за определенные границы. У стрелки, идущей от облачности к солнечной радиации, стоит знак «-» (минус), который означает, что влияние облачности на солнечную радиацию отрицательно (при ее увеличении поступление коротковолновой солнечной радиации уменьшается, и наоборот). Этот триггер исполняет роль регулятора с отрицательной обратной связью, стабилизируя систему.

В системе положительной обратной связи все взаимодействующие факторы усиливают друг друга, поэтому она саморазвивается. По такой схеме развиваются тропические циклоны (выделяющаяся при конденсации влаги энергия способствует подъему масс воздуха на большую высоту, а, следовательно, и более интенсивной конденсации).

Перемещения вещества и энергии в географической оболочке связывают ее составляющие в целостную систему, в которой изменение одной части приводит к изменению остальных. Так, процесс дегляциации современного оледенения теоретически может привести к повышению уровня Мирового океана на несколько метров. В результате окажутся затопленными большие площади приморских равнин, произойдут изменения в характере тепло- и влагообмена и атмосферной циркуляции, интенсивности речной эрозии и как следствие - смещение географических зон. Однако реально в открытой системе географической оболочки такое явление вряд ли возможно.

В географической оболочке связи осуществляются неравномерно в пространстве и во времени. Горизонтальные перемещения воздуха, воды, минеральных частиц и других субстанций обычно в сотни и тысячи раз превышают вертикальные. Имеет место несимметричность взаимодействий: в одних направлениях перенос сильнее, чем в других. Перемещение разных субстанций происходит с разной скоростью. Все это определяет наличие участков, относительно слабо связанных с другими, с небольшими скоростями обмена вещества и энергии, - болота, замкнутые морские котловины, глубоководные части Мирового океана. Наряду с этим существуют регионы, отличающиеся большими скоростями обмена веществом и энергией - морские побережья, русла рек, предгорья, фронтальные зоны в океане, энергоактивные зоны литосферы.

Пространственные и временные различия в характере взаимодействий определяют необходимость тщательного анализа цепей связей в геосистемах при воздействии на природную среду.

Целостность географической оболочки - это взаимосвязь и взаимозависимость ее компонентов. Она обусловливается непрерывным круговоротом и обменом веществ и энергии. Каждый компонент природы, развиваясь по своим законам, испытывает на себе влияние других компонентов и в свою очередь оказывает на них воздействие. Взаимодействие и взаимопроникновение всех компонентов географической оболочки, осуществляемое круговоротом веществ, связывает их в единое целое. Доказательством целостности географической оболочки служит тот простой факт, что изменение хотя бы одного компонента неизбежно влечет за собой изменение других.

Например, географы выявили такую зависимость: в годы, когда в Баренцевом море увеличивается ледовитость, уровень воды в крупных африканских озерах понижается. И наоборот, годы с малым количеством льдов соответствуют годам с высоким уровнем озер. Все это объясняется не чудом, а усилением или уменьшением движения воздушных масс. Если возрастает количество и скорость перемещения воздушных масс, особенно в меридиональном направлении, то уменьшается ледовитость арктических морей. В экваториальной зоне, наоборот, это вызывает увеличение количества выпадающих осадков, что и отражается на уровне озер.

Знание закона целостности географической оболочки имеет большое практическое значение. Если хозяйственная деятельность человека не учитывает этот закон, то она часто приводит к нежелательным последствиям.

Закон целостности географической оболочки требует изучения территории, прежде чем проводить какие-либо хозяйственные мероприятия.
Вопрос 37. Зональность как основная закономерность географической оболочки.

Сочетание тепла и влаги, или атмосферное увлажнение в каждом поясе, кроме экваториального, весьма различно. На этой основе внутри поясов формируются зоны.

Совокупности однородных природных образований, вытянутые с запада на восток перпендикулярно оси вращения Земли называют зонами – климатическими, почвенными, растительными.

Поясы и зоны – это части и целое. Совокупность зон образует пояс.

Каждая зона распадается на подзоны.

Зональность – это закономерное изменение всех компонентов географической оболочки от экватора к полюсам. Она вызывается вращением шарообразной Земли с определенным наклоном оси вращения вокруг Солнца. В зависимости от географической широты солнечная радиация распределяется зонально и вызывает смену климатов, почв, растительности и других компонентов географической оболочки. Мировой закон зональности географической оболочки проявляется в ее разделении на географические пояса и природные зоны. На его основании проводят физико-географическое районирование Земли и отдельных ее участков.

Географическая зональность - основная закономерность распределения ландшафтов на поверхности Земли, состоящая в последовательной смене природных зон, обусловленной характером распределения лучистой энергии Солнца по широтам и неравномерностью увлажнения.

Географической зональности подчинены процессы в атмосфере, гидросфере, экзогенные процессы образования рельефа, образование почв, формирование и изменение биосферы.

В горах на зональность накладывается и замещает ее высотная поясность.

В некоторых случаях главными в формировании ландшафта становятся не зональные, а местные условия (азональность).

Читай лекции по физгео - климат (Алисов, и т.д.)
Вопрос 38. Круговороты вещества и энергии в литосфере, гидросфере, атмосфере, биосфере и географической оболочке.

В литосфере.

Литосферные круговороты проявляются двояко. Во-первых, это действительно перемещение вещества самыми разнообразными механическими путями, что соответствует понятию «круговорот горных пород». Во-вторых, это изменение вещественного состава перемещаемых или пребывающих в состоянии покоя горных пород (перенос минеральных веществ в земной коре), и такие процессы чаще называют геохимическими круговоротами.

Круговорот энергии и вещества в литосфере составляет систему геологических процессов. К геологическим процессам относятся гипергенез - разрушение горных пород на поверхности суши, седиментогенез (осадконакопление) - отложение слоев глин, песков на дне морей, вулканизм и другие.

Круговорот энергии состоит из трех звеньев: начального, промежуточного и заключительного. Сначала кинетическая энергия в виде потенциальной накапливается в веществе. Затем потенциальная энергия переходит в кинетическую тепловую, которая выделяется из вещества. Суть заключительного звена в удалении освобожденной тепловой энергии.

Круговорот вещества также состоит из трех звеньев. Вначале различные вещества перемешиваются с усреднением химического состава. Затем вещество разделяется на две части разного химического состава. После одна часть вещества, поглотившая выделенную тепловую энергию, удаляется.

В гидросфере

Вода также принимает участие в круговороте. В процессе фотосинтеза она используется для синтеза органических веществ, а при дыхании и разложении органических остатков выделяется в окружающую среду. Кроме этого, вода нужна всем живым организмам. В ней растворяются минеральные соли и органические вещества, необходимые для усвоения живыми организмами. В водной среде происходит круговорот Натрия, Магния, Кальция, Феруму, Сульфуру и других элементов, которые в целом составляют 1,7% от общего количества веществ, которые принимают участие в круговороте.

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе.

В атмосфере

Один из главных поставщиков элементов - атмосфера (углерод, кислород, азот).

Круговорот кислорода необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород соединяясь с которым кислород образует воду.

Источником углерода для фотосинтеза служит углекислый газ, находящийся в атмосфере или растворенный в воде. В составе синтезированных растением органических веществ углерод поступает затем в цепи питания через живые или мертвые ткани растений и возвращается в атмосферу снова в форме углекислого газа в результате дыхания, брожения или сгорания топлива. Продолжительность цикла углерода равна трем-четырем столетиям.

Растения получают азот в основном из разлагающегося мертвого органического веществом посредством деятельности бактерий, которые превращают азот белков в усвояемую растениями форму. Другой источник - свободный азот атмосферы - растениям непосредственно не доступен, но его связывают, т.е. переводят в другие химические формы, некоторые группы бактерий и сине-зеленые водоросли, они обогащают им почву. Многие растения находятся в симбиозе с азотфиксирующими бактериями, образующими клубеньки на их корнях. Из отмерших растений или трупов животных часть азота, за счет деятельности других групп бактерий, превращается в свободную форму и вновь поступает в атмосферу.

В биосфере

Все живые организмы находятся во взаимосвязи с неживой природой и включаются в непрерывный круговорот веществ и энергии. В результате происходит биогенная миграция атомов. Необходимы для жизни химические элементы переходят из внешней среды в организм. При расписании органических веществ эти элементы опять возвращаются в окружающую среду.

В результате круговорота веществ происходит непрерывное перемещение химических элементов из живых организмов в неживую природу и наоборот. Круговорот веществ состоит из двух противоположных процессов, связанных с аккумуляцией элементов в живых организмах и минерализацией в результате их расписания. Образование живого вещества преобладает на поверхности Земли, а минерализация — в почве и морских глубинах.

Единственным источником энергии на Земле является солнце. Часть теплая тратится на обогрев земли и испарение воды. И только 0,2% солнечной энергии накапливается в процессе фотосинтеза. Эта энергия превращается в энергию химических связей органических веществ, при расщеплении и окисает которых в процессе питания выделяется и опять тратится на процессы жизнедеятельности организмов: рост, движение, размножение, развитие. Этот процесс незамкнут, потому есть необходимость в постоянном поступлении солнечной энергии.

В географической оболочке.

Поступающая в географическую оболочку энергия испытывает многообразные преобразования. При этом происходит переход одних видов энергии в другие и их перераспределение на поверхности Земли. Неравномерное распределение энергии в оболочке вызывает следующие виды движений вещества. 1) Движения воздушных масс и водных потоков, которые образуют круговороты воздуха и влаги, то есть атмосферную циркуляцию и круговорот воды; 2)перенос минерального вещества и литосферные круговороты; 3) биологические и биохимические круговороты.

Все круговороты не замкнуты. Часть вещества и энергии при движении может изыматься из круговорота. Иногда в круговорот включаются новые вещества и энергия. (Пример: оледенение.)

Можно выделить самостоятельные системы потоков и круговоротов, которые называют циклами.

Главными из них являются:

· радиационный цикл;

· тепловой атмосферный (воздушный);

· гидросферный (водный);

· биохимический;

· цикл минерального вещества;

· литосферный цикл.