Географическая оболочка земли

Воздушная оболочка Земли: атмосфера

Геосфера, которая включает в себя все воздушное, газовое пространство земного шара.

1. Тропосфера. Первый слой атмосферы, начинается от поверхностей суши или водоемов и простирается на 15 км вверх. Отличительной чертой является разная плотность воздуха, которая меняется в зависимости от высоты, чем выше, тем плотность больше. Верхний слой тропосферы соприкасается с озоновым шаром – это слой озона шириной в 7 км, который защищает планету от разрушительных космических воздействий.

Тропосфера наиболее подвержена влиянию на нее человека.

1. Стратосфера. Второй слой атмосферы. Основная составляющая – разжененные газы (водород, азот, гелий и другие). Расположен от 5 до 100 км.
2. Ионосфера. Третий слой атмосферы, который начинается от стратосферы и простирается до пространства, которое люди назвали космосом. Состоит из различных частиц (ионов, электронов), которые образуются в результате распада молекул. Такой состав, а также особое строение порождает эффект, который заметен невооруженным глазом – «северное сияние», его можно наблюдать на крайнем севере, а зарождается оно в нижней части ионосферы.

Некоторые ученые разделяю ионосферу на мезосферу, термосферу и экзосферу. Каждая из них имеет свои характеристики температуры и давления, которые отличаются в зависимости от высоты каждой.

Форма и размеры планеты Земля

Форма и геометрические размеры Земли основные понятия, которыми она описывается, как небесное тело. В средние века считалось, что планета имеет плоскую форму, находится в центре Вселенной, а вокруг нее вращается Солнце и другие планеты.

Но такие смелые естествоиспытатели, как Джордано Бруно, Николай Коперник, Исаак Ньютон опровергли подобные суждения и математически доказали, что Земля имеет форму шара с приплюснутыми полюсами и вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Структура планеты очень многообразная, при том, что ее размеры достаточно невелики по меркам даже солнечной системы – длина экваториального радиуса составляет 6378 километров, полярного радиуса – 6356 км.

Длина одного из меридианов равняется 40008 км, а экватор простирается на 40007 км. Из этого также видно, что планета несколько «приплющена» между полюсами, ее вес составляет 5.9742 × 1024 кг.

Внутреннее строение Земли

Эксперты – геологи  допускают, что  для внутреннего строения нашей планеты характерны следующие слои:

1. Литосфера (земная кора) – твердая оболочка земного шара.
2. Мантия – расположена между земной корой и ядром. Верхняя часть мантии находится в твердом состоянии, и является составляющей литосферы. Имеет также жидкий слой – астеносферу, участвующую в перемещении частей земной коры. Занимает 80%  объема Земли.
3. Ядро –  металлический центр Земли. Для него характерно двухслойность: внешняя часть – жидкая, внутренняя – твердая. Основой ядра являются железо и никель, которые формируют магнитное поле для защиты от радиации Солнца.

Земная кора и ее типы

Интересно отметить, что глубже ученые практически не проникали, а если провести аналогию, то кора – это как кожица на яблоке по отношению ко всему его объему. Дальнейшее и более точное изучение требует совершенно другого уровня развития техники.

Если смотреть на планету в разрезе, то по мере разной глубины проникновения внутрь ее структуры можно по порядку выделить такие типы земной коры:

1. Океаническая кора состоит преимущественно из базальтов, находится на дне океанов под огромными слоями воды.
2. Континентальная или материковая кора покрывает сушу, состоит из очень богатого химического состава, включающего на 25% кремний, на 50% кислород, а также 18% других основных элементов таблицы Менделеева. В целях удобного изучения этой коры ее еще делят на нижнюю и верхнюю. Наиболее древние относятся к нижней части.

Температура коры увеличивается по мере углубления.

Взаимодействие между средами планеты

Существует огромная связь между описанными оболочками, изучением которых занимается наука география. Вода из наружных водоемов (моря, озера, реки) в процессе испарения поднимается в атмосферу. А растительность пробивается к солнцу из-за поступления в глубину литосферы влаги и воздуха.

Мелкие и крупные представители флоры принимают участие в процессе фотосинтеза, выдают в атмосферу кислород путем переработки углекислого газа, поэтому их пользу нельзя переоценить. Поверхность океанов и суши нагревают воздушные массы, задавая оптимальный для жизнедеятельности климат. Все существа на планете погибают, перерабатываются микроорганизмами и формируют почву.

Термин географической оболочки довольно спорный, сложно ему дать точное определение. Однако в средних классах на уроках географии по схемам и картинкам подробно разбирается ее структура и подвергается описанию взаимодействие между разными слоями.

Периоды развития биосферы

Следы обитаемой оболочки, окружающей Землю, обнаружены в осадочных породах архейского эона (около 3,5 млрд лет назад). Археологические находки той эпохи свидетельствуют о существовании древнейших органических остатков. Зарождение многогранной жизни на Земле началось с первых представителей биомассы, которыми можно считать:

• одноклеточные водоросли;
• простейшие прокариоты.

Простейшие органические формы обрели половое размножение только к концу архея, дав начало эволюционным процессам.

Мел-палеогеновое вымирание

Для эволюции биомассы характерна временная дестабилизация в результате масштабных катастроф (вымирание динозавров).

Непрерывное возобновление биомассы сформировало видовое разнообразие. Многочисленные животные и растения способствовали расширению биогенного круговорота и формированию геологического облика планеты. В процессе развития биосферы сложился основной принцип биомассы – в бионическом круговороте задействуются только живое и биокосное вещества.

Современное состояние и прогнозируемое будущее

Появление человека не сказывалось на развитии биосферы на ранних этапах. Деятельность человеческих существ и потребляемые ими ресурсы гармонично вписывались в круговорот веществ. С наступлением периода, когда люди научились менять условия среды обитания, равновесие в биосфере нарушилось. Стремление человека приспосабливать обитаемую оболочку под свои нужды постоянно дестабилизирует экосистему.

Негативными факторами для баланса обитаемой оболочки являются:

• техногенное влияние на животный и растительный мир (вымирание растений, животных);
• чрезмерное потребление биокосных и косных веществ.

Губительный подход человечества к экологии и условиям потребления ресурсов ведет к разрушению среды обитания жизненных форм. Биосфера не успевает восстанавливать компоненты, необходимые для поддержания жизненных процессов. Положение усугубляют загрязнение атмосферы, парниковые газы.

Биосферные заповедники

Группа конгони в саванне заповедника Мореми в Африке, Ботсвана

Сохранение биосферы – одна из важнейших экологических задач человечества. С этой целью в различных уголках планеты создаются резерваты глобальной экосферы – особо охраняемые природные зоны. Биосферные заповедники призваны решать следующие проблемы:

• сохранение уникальных растений и животного генофонда при согласованном потреблении ресурсов;
• мониторинг среды, изучение собранных данных.

Заповедные территории создаются под эгидой ЮНЕСКО. В список всемирного охраняемого наследия внесен 701 заповедник в 124 странах мира.

Процесс формирования

Формирование географической оболочки проходило в 3 этапа:

• Дибогенный или геологический (4000 — 570 млн лет назад).
• Биогенный (570 млн — 40 тыс лет назад).
• Антропогенный (40 тыс лет назад и до нынешних дней).

На дибогенном этапе происходило формирование материков и впадин океанов. В этот период появились различные микроорганизмы. На биогенном этапе происходило формирование воздушной и водной оболочки. Стала формироваться почва, возник «озоновый экран». Антропогенный этап характеризуется появлением человека. С момента появления человека этап стал характеризоваться постоянно возрастающим его воздействием на окружающую среду.

Формирование географической оболочки

Географическая оболочка формировалась на Земле постепенно. Ученые выделяют три этапа в её развитии: добиогенный (геологический), биогенный (появление скелетных организмов), антропогенный (появление человека на Земле).

На первом этапе развития географической оболочки сформировались материки и впадины океанов, а около 2 миллиардов лет назад появились многоклеточные организмы. На втором этапе происходило формирование современной водной и воздушной оболочек, «озонового экрана» и почвенного покрова, быстрыми темпами шло развитие жизни. Третий этап определяется появлением человека на Земле и характеризуется постоянно растущим воздействием его на окружающую среду.

Основные свойства географической оболочки

Тесное взаимодействие всех составляющих географической оболочки (ГО)  привело к возможности появления особых, присущих только ей свойств:

Только в ГО вещества могут пребывать в твёрдом, жидком и газообразном состоянии

Данное свойство очень важно для протекания всех процессов, и особенно – для возникновения жизни;
Только для ГО характерно зарождение жизни, а затем и появление человека и человеческого общества. Воздух, вода, солнечная энергия, растения, животные, полезные ископаемые – все условия для развития человека.
Только в ГО все существующие процессы происходят, в первую очередь, благодаря солнечной энергии, и уж потом внутренним земным источникам энергии.

Что такое географическая оболочка?

Нижние слои атмосферы, верхние части литосферы, вся гидросфера и биосфера взаимодействуют друг с другом, обмениваясь веществом и энергией. Результатом является особое по свойствам образование — географическая оболочка. Она состоит из газов атмосферы, жидких веществ гидросферы, твёрдых веществ литосферы, живого вещества биосферы и охватывает всю земную поверхность.

Верхней границей географической оболочки служит «озоновый экран». Нижнюю границу на суше проводят на глубине нескольких километров, где ещё встречаются живые бактерии. В океанах нижняя граница проходит по океаническому дну. Таким образом, общая мощность географической оболочки составляет 30-40 километров.

13.1. Биосфера как оболочка Земли

Кроме биосферы Зюсс выделил еще три оболочки – атмосферу, гидросферу и литосферу.

Атмосфера – самая наружная газообразная оболочка Земли, она простирается до высоты 100 км. Основные составляющие атмосферы – азот (78%), кислород (20,95%), аргон (0,93%), диоксид углерода (0,03%). Атмосфера является отчасти продуктом жизнедеятельности организмов, так как кислород атмосферы – это результат деятельности фотосинтезирующих организмов – цианобактерий и растений. На высоте 20‑45 км расположен озоновый слой, содержание озона в нем примерно в 10 раз выше, чем в атмосфере у поверхности Земли. Этот слой защищает поверхность планеты от избытка ультрафиолетовых лучей, неблагоприятно влияющих на живые организмы.

Между атмосферой и земной поверхностью происходит постоянный обмен теплом, влагой и химическими элементами.

На состояние атмосферы влияет хозяйственная деятельность человека, благодаря которой в ней появились метан, оксиды азота и другие газы, вызывающие атмосферные процессы – парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислые дожди, смог.

Гидросфера оказывается не сплошной оболочкой: моря и океаны покрывают Землю только на 2/3, остальное занято сушей. На суше гидросфера представлена фрагментарно – озерами, реками, грунтовыми водами (табл. 13).

Таблица 13 Распределение водных масс в гидросфере Земли (по Львовичу, 1986)

Гидросфера на 94% представлена солеными водами океанов и морей, а вклад рек в водный бюджет планеты в 10 раз меньше, чем количество водных паров в атмосфере. Три четверти пресной воды недоступны организмам, так как законсервированы в ледниках гор и полярных шапках Арктики и Антарктиды.

Гидросфера испытывает все возрастающее влияние хозяйственной деятельности человека, которая ведет к нарушению рассматриваемого ниже биосферного круговорота воды (ускорение процесса таяния ледников, уменьшение количества жидкой пресной воды и увеличение парообразной воды в результате испарений мелиорированных агроэкосистем.

Литосфера – это верхняя твердая оболочка Земли, мощность которой составляет 50‑200 км. Верхний слой литосферы называется земной корой. Вещества, слагающие литосферу, частично образованы за счет деятельности организмов, и это не только торф, каменный уголь, горючие сланцы, но и куда более распространенный карбонат кальция, образовавшийся из моллюсков и других морских животных. Совершенно особую среду представляет собой почва (см. 2.6), находящаяся на границе литосферы и атмосферы.

В настоящее время на литосферу оказывает сильнейшее техногенное влияние человек, особенно за счет развития процессов эрозии, увеличения твердого стока, сжигания ископаемого топлива и создания инженерных сооружений. Искусственные (техногенные) грунты уже покрывают более 55% площади суши Земли, а в ряде урбанизированных районов (Европа, Япония, Гонконг и др.) они покрывают 95‑100% территории и их мощность достигает нескольких десятков метров. Суммарная площадь, покрытая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохранилища, каналы и т.п.) в 2000 г. достигла 1/6 площади суши.

Биосфера охватывает всю гидросферу, часть атмосферы и часть литосферы. Ее верхняя граница расположена на высоте 6 км над уровнем моря, нижняя – на глубине 15 км в толще земной коры (на такой глубине обитают бактерии в нефтяных водах) и 11 км в океане. По сравнению с диаметром Земли (13000 км) биосфера – это тонкая пленка на ее поверхности. Однако основная жизнь в биосфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всего несколько десятков метров на континентах, в атмосфере и в океане (табл. 14).

Таблица 14 Структура биомассы биосферы (сухое вещество)

В биосфере происходит круговорот всех веществ, т.е. их многократное участие в процессах синтеза и разрушения органического вещества. В круговоротах в той или иной степени участвуют практически все химические элементы, однако наиболее важными для биосферы являются круговороты воды, кислорода, углерода, азота, фосфора.

Контрольные вопросы

1. С именами каких ученых связано рождение и развитие представления о биосфере?

2. Назовите оболочки Земли, которые выделил Э. Зюсс.

3. Расскажите о составе атмосферы.

4. Какова структура гидросферы?

5. Охарактеризуйте масштаб техногенных нарушений литосферы человеком.

6. Назовите верхнюю и нижнюю границы биосферы.

Предыдущая

Особенности биосферы

Она считается обитаемой и наиболее «живой» оболочкой, что легко можно определить по таблицам в школьных учебниках. Если кратко, структурно в биосферу входит нижняя атмосфера, гидросфера, верхняя литосфера, поверхность суши. Абсолютно все живые существа, присутствующие в биосфере, несут ответственность за образование, скопление солнечной энергии с последующим ее распределением.

Все представители флоры и фауны обеспечивают характерные миграционные процессы в почве химических элементов. Без них не обходятся реакции окислительно-восстановительного типа, газообмен. В целом, существование атмосферы обеспечивается исключительно живыми существами.

Строение земной коры

Земная кора состоит из отдельных слоёв горных пород, различающихся по своему происхождению, плотности и мощности.

Таблица: Строение коры Земли, слои, происхождение и особенности

Название слоя	Происхождение горных пород	Описание
Осадочный	В результате накопления осадков – ила, органических остатков, продуктов выветривания (глины, известняк, ракушечник, песок, соль,  мел).	Наружный слой земной коры. Сложен рыхлыми горными породами, легко поддающимися выветриванию и вымыванию.
Гранитный	В результате застывания раскалённой магмы – граниты, гнейсы.	Промежуточный слой земной коры. Имеет кристаллическую структуру, на материках  может выходить на поверхность Земли.
Базальтовый	В результате извержения вулканов — базальты, габбро.	Находится на границе с мантией. Структура горных пород не изучена.

Осадочный и гранитный слой достаточно хорошо изучены, так как их можно увидеть на поверхности Земли. Базальтовый слой до сих пор остаётся для учёных загадкой. Даже 10-километровая сверхглубокая скважина, расположенная на Кольском полуострове, не смогла достигнуть глубины залегания базальтового слоя.

Установить структуру земной коры стало возможным благодаря сейсмолокации. Скорость и направление прохождения сейсмических волн, которые возникают при землетрясении, зависят от плотности и упругости горных пород. Так, изучая сейсмические волны, учёные смогли составить характеристику отдельных слоёв земной коры.

Границы географической оболочки Земли

Некоторые оболочки входят в географическую оболочку целиком (гидросфера и биосфера), другие — лишь частично. Так, в географическую оболочку включают не всю литосферу, а только ее верхнюю часть, у атмосферы, напротив, только ее нижние слои.

Точные границы географической оболочки определить трудно. Верхнюю обычно проводят на высоте 20—25 км. Здесь расположен слой озона, который предохраняет живые организмы от губительного для них излучения Солнца. Сложнее определить нижнюю границу. В географическую оболочку включают верхнюю часть литосферы.

Но до какой глубины? Если считать, что важнейший признак географической оболочки — наличие жизни, то нижняя граница проходит в слоях литосферы на глубине 5 км, где в нефтяных пластах обнаружены живые бактерии. Возможно, с ростом человеческих знаний о Земле нижняя граница будет проводиться глубже.

Таким образом, средняя толщина географической оболочки — около 40 км. Сравните ее с размерами Земли, и вы убедитесь, что она очень тонка.

Строение литосферы

Термин «литосфера» был введен американским геологом Дж. Бареллом и свое происхождение берет от греческого слова «литос» — камень. Литосфера включает в себя  земную кору и твердую часть мантии,  соприкасающейся с астеносферой.

Земная кора – верхний слой литосферы, включающая в себя почти все элементы периодической таблицы Менделеева. 

Толщина и строение земной коры под океанами и континентами различаются. Глубина континентальной коры составляет 40-70 км, океаническая тоньше — показатель редко доходит до 15 км, поэтому континентальная как бы находится над уровнем моря. 

Континентальная кора – трехслойна. Верхний слой представлен осадочными породами, 2-ой — гранитом либо гнейсами, 3-ий состоит из базальта и  остальных метаморфических пород. У океанической коры средний слой отсутствует. Возрастные  показатели большей части пород материковой коры указывают на ее «преклонный» возраст относительно океанической коры. 

В основе земной коры лежат  горные породы и ископаемые. Горные породы представляют собой  естественные соединения множества минералов. Выделяют 3 вида горных пород:

1. Магматические. Образуются путем кристаллизации магмы под высокой  температурой и давлением:
   • глубинные ( интрузивные) – затвердение происходит в толще коры (гранит)
   • излившиеся (эффузивные) –  затвердение происходит вследствие извержения магмы на поверхность  (базальт)
2. Осадочные. Образуются путем скопления осадков на земной поверхности. Физико-химические изменения ранее образованных пород  дает начальный материал осадочным породам: 
   • обломочные —  образуются из пород, которые подверглись механическому воздействию, перемещению и отложению;
   • химические – формируются из веществ с хорошей растворимостью, в основном соли;
   • органические – появляются путем разложения живых организмов;
3. Метаморфические  —   являются следствием  изменения других горных пород под действием температуры и давления на глубине.

В недрах земли расположено скопление минералов и горных пород – полезные ископаемые.На поверхности или в земных недрах полезные ископаемые находятся в 3 физических состояниях: жидкие (нефть, мин. воды), твердые (руды, металлы), газообразные (природный газ). В зависимости от составляющих компонентов полезные ископаемые различают: горючие (газ, уголь), металлические (свинец, медь) и неметаллические( известняк, глина).

Исчерпаемый  предел некоторых видов полезных ископаемых требует рационального использования в нуждах человечества.

Биосфера и ее границы

Биосфера — это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются прошлой и современной деятельностью живых организмов.

■ Термин «биосфера» ввел Э. Зюсс (Австрия, 1875 г.), учение о биосфере было создано В.И. Вернадским (Россия, 1926 г.).

■ Биосфера — наиболее крупная экосистема, объединяющая все биогеоценозы планеты и осуществляющая глобальный круговорот веществ.

Компоненты биосферы: живое вещество (см. ниже), биогенное вещество, биокосное вещество, косное вещество, радиоактивное вещество, космогенное вещество.

Биогенное вещество — соединения и полезные ископаемые, создаваемые и перерабатываемые живыми организмами в процессе их жизнедеятельности (нефть, газ, уголь, известняк и др.).

Биокосное вещество — вещество, образующееся в результате совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва, грунт водоемов).

Косное вещество — соединения, образующиеся без участия живых организмов (горные породы, минералы и др.).

Радиоактивное вещество — радиоактивные руды и конечные продукты их распада.

Космогенное вещество — метеориты, космическая пыль.

Область жизни определяется наличием условий, необходимых для существования тех или иных живых организмов.

Жизнь на Земле распространена в трех геологических оболочках — атмосфере, гидросфере и литосфере. Эти оболочки объединены в единую целостную систему посредством непрерывного обмена друг с другом веществом и энергией, обусловленного не только абиогенными процессами, но и деятельностью живых организмов.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли. Плотность воздуха быстро уменьшается с высотой: 75% массы атмосферы сосредоточено в слое ниже 10 км, 90% — ниже 15 км, 99% — ниже 30 км. Сухой воздух состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%) и примесей других газов.

Тропосфера — нижний слой атмосферы высотой от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км в экваториальной зоне. Выше тропосферы расположена стратосфера.

Озоновый слой — область с повышенным содержанием озона О₃ — находится в стратосфере на высотах 15-25 км. Он поглощает губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца.

Водяной пар, присутствующий в атмосфере, участвует в природном круговороте воды;

■ конденсируясь, он выпадает в виде дождей, обеспечивая влажностный режим земных территорий;

■ вместе с СО₂ он вносит главный вклад в парниковый эффект: удерживает отраженные от поверхности планеты длинноволновые тепловые лучи, благодаря чему нижние слои атмосферы оказываются теплыми.

Гидросфера — это водная оболочка Земли, образованная водами ее океанов, морей, озер, рек, подземных и ледяных покровов.

■ Средняя глубина Мирового океана — 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) — 11,034 км. 97% массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2% — воды ледников, 0,8% — подземные, озерные и речные пресные воды.

Литосфера — внешняя твердая оболочка (кора) планеты. Состоит из трех слоев: верхнего — слоя осадочных пород, среднего -гранитного и нижнего, наиболее плотного — базальтового.

Границы биосферы проходят там, где начинают преобладать природные факторы, делающие существование живых организмов невозможным.

Верхняя граница биосферы определяется высокой интенсивностью ультрафиолетового солнечного излучения, низкой температурой среды, дефицитом кислорода и воды и проходит в атмосфере на высоте 25-27 км (у нижней границы озонового слоя).

■ Отдельные споры бактерий и грибов найдены в тропосфере на высоте до 40 км.

Нижняя граница биосферы в литосфере для большинства форм жизни определяется высокой плотностью, прочностью и высокой сопротивляемостью среды, отсутствием света, недостатком кислорода и проходит на глубине нескольких десятков метров.

■ Неактивные формы жизни (споры, цисты) и нефтебактерии зарегистрированы на глубинах до 4 км. Эта граница, помимо перечисленных выше факторов, определяется также высокими давлением и температурой горных пород и подземных вод (на глубине 3 км температура около +100 °С).

В гидросфере жизнь простирается на всю глубину Мирового океана. Здесь ограничивающими факторами являются давление толщи воды и отсутствие света (температура воды на дне океанических впадин — около 0 °С).

■ По В.И. Вернадскому, нижняя граница биосферы проходит на 1-2 км глубже дна Мирового океана, в постепенно накапливающейся в океане толще осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых организмов.

Круговорот энергии

Природные процессы внутри оболочки не проходят без обмена энергией. Таковых видов множество, но есть 3 наиболее важных:

• Водный. Молекулы влаги поднимаются с океанов, образуя крупные воздушные массы. Их движением ветра доставляют к разным районам планеты.
• Биологический. Растения и животные, погибая, разлагаются на минеральные вещества. Затем они поглощаются в пищу другими, которые растут, развиваются и снова умирают.
• Воздушный. Выполняется вертикально и горизонтально. С его помощью образуется система ветров, погодных условий, перемещения осадков.

Все круговороты, несмотря на ритмичность, отличаются друг от друга. Закономерность только в их появлении. К примеру, каждое растение в процессе развития увеличивается и растет. Поэтому после гибели оно способно оставить после себя намного больше минеральных веществ, чем изначально поглотило.