Характеристика оболочек земли

Рельеф. Движущие силы рельефообразования

Рельеф – эта форма постоянно меняющейся поверхности Земли или совокупность неровностей Земли, различного происхождения, размера и возраста.  Трансформация земного рельефа происходит под влиянием внешних и внутренних сил. Они взаимосвязаны между собой. Эндогенные (внутренние) процессы образуют неровности поверхности, а экзогенные (внешние) путем разрушения выравнивают рельеф.

Внутренние процессы рельефообразования

Основной источник энергии эндогенных процессов – это энергия в недрах Земли. Наибольшее влияние среди эндогенных сил на рельефообразование оказывают: 

• тектонические движения;
• землетрясения;
• вулканизм.

Тектонические движения–движение коры Земли под влиянием сил мантии.

Землетрясения–подземные толчки, приводящие к колебанию поверхности Земли.  Ежедневно возникают в разных уголках планеты.  Чаще всего на океанском дне и сейсмических поясах. 

В зависимости от причин возникновения толчков, землетрясения бывают:

1. Тектонические землетрясения.  Тектонические плиты постоянно находятся в движении. Сталкиваясь друг с другом, они порождают землетрясения. Даже минимальная энергия, освобождаемая при сдвиге горных пород, деформирует земную поверхность и несет разрушения. 
2. Техногенные землетрясения возникают путем губительного воздействия человечества на планету. Объекты добычи ископаемых, шахты и карьеры, большие искусственные водоемы – зоны повышенного количества земных толчков.
3. Вулканическиеземлетрясения происходят под давлением лавных потоков на поверхность Земли. Амплитуда толчков небольшая, но длительность явления достигает 2 недель. Часто предшествует извержению.
4. Обвальные землетрясенияобразуются путем размывания подземными водами земной тверди и последующим появлением земляных пустот. Для этих землетрясений характерны оползни и обвалы.
5. Искусственные землетрясения также связаны с деятельностью человека. Например, запуск спутника или испытание ядерного оружия могут спровоцировать подземные толчки.
6. Подводные  землетрясения. Смещение плит в водах Мирового океана провоцирует сдвиг океанической коры, отягощенный возникновением гигантских волн- цунами.

Место столкновение плит и непосредственный центр землетрясения называется его очагом ( гипоцентром). Место над очагом на поверхности земли – эпицентр.  Именно в этом районе и происходят самые сильные разрушения.

Точно предугадать начало и место землетрясений невозможно.  Сейсмология — наука, изучающая очаги землетрясений, ставит перед собой задачу примерного выяснения района и силы природного явления.  Все данные  регистрируются специальными приборами – сейсмографами. Мощность землетрясений определяют по 10 – бальной шкале Рихтера. За расчет единицы берется амплитуда колебательных волн. Чем больше ее показатель, тем сильнее будут толчки.

Вулканизм – природное явление, связанное с перемещением жидкой магмы к земной поверхности и  излитием в виде лавы. Магма (расплавленное вещество) отличается от лавы тем, что содержит летучие вещества, которые на поверхности уходят в атмосферу. Извергаемые вещества формируют конусообразную гору – вулкан. Они могут быть действующими, потухшими и уснувшими, а также наземными и подводными. Расположены вулканы  в основном в сейсмических зонах:

• Тихоокеанский сейсмический пояс окольцовывает Тихий океан. 
• Средиземноморский сейсмический пояс имеетмного потухших вулканов — в горах Кавказа.
• Атлантический  пояс представлен наземными и действующими подводными вулканами.    

Внешние процессы рельефообразования

Основной источник энергии экзогенных процессов – это энергия на поверхности от солнечных лучей. Наибольшее влияние среди эндогенных сил на рельефообразование оказывают: 

• выветривание;
• деятельность вод;
• деятельность ветра;
• деятельность ледников.

Главным внешним процессом является выветривание —  процесс разрушения горных пород. Влияет на рыхлость пород и подготавливает их к перемещению.

Деятельность вод. Движение вод преобразуют рельеф до неузнаваемости. Они способны прорезать долины, каньоны и ущелья. Формируют овражно-балочный вид рельефа.

Изменяется рельеф и путем переноса большого количества песчаных частиц. Появление барханов и песчаных холмов заслуга деятельности ветра.

Деятельность ледников разнообразна: от сглаживания скал до образования водных холмов и гряд. Таяние ледников формирует песчаные равнины и ледниковые озера.

Живое вещество, его функции

В основе концепции глобальной экосистемы заложено понимание термина «живое вещество». Большую часть живого вещества составляет земная растительность (около 90%). Данное вещество является самым мощным энергетическим, а также геохимическим фактором, его можно смело назвать основным фактором развития биосферы.

Как известно, источником биохимической активности живых организмов является солнечная энергия, без которой не сможет произойти такой важный процесс как фотосинтез.

С самого своего появления жизнь не стоит на месте, а постоянно развивается. Тем самым, влияя на окружающую среду и, в определенной мере, изменяя ее.

Исходя из этого, можно с полной уверенностью сказать, что эволюционный процесс экосистемы и всей органической жизни проходит параллельно.

Жизнь на нашей планете появилась около четырех миллиардов лет назад, с этого самого момента на Земле и сформировалась биосфера. Огромный вклад в образование биосферы внесли цианобактерии. Они первыми освоили кислородный фотосинтез. Других претендентов на производство атмосферы не существовало в мире прокариотов.

Живая оболочка Земли — это не только сфера, в которой находится все живое, но и совместный результат деятельности организмов. Вещество и биосфера неразделимы. Биосферный уровень включает в себя все живое вещество планеты.

Геологический круговорот веществ происходит в течение многих тысяч и миллионов лет. В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.

Важнейшим результатом биогеохимических преобразований органического вещества можно считать кислородную революцию. Огромный вклад в это биогеохимическое изменение внесли древнейшие организмы — цианобактерии. Именно они явились родоначальниками фотосинтеза, в результате которого выделялся кислород, изменивший до неузнаваемости облик нашей планеты.

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.

Характеристика атмосферы

Такой слой обеспечивает сохранность тепла, из-за чего и существует жизнь на Земле. Атмосфера оказывает защиту от ультрафиолетового излучения, влияет на климат и почвообразование. По высоте атмосфера занимает от 8 до 1000 км, структурно к ней относятся такие компоненты:

• пыль;
• водяной пар;
• углекислый, инертный газы, а также озон, аргон, азот, водород, гелий.

Оболочка разделена несколькими слоями, находящимися во взаимосвязи между собой. Тропосфера занимает от 8 до 12 км, отвечает за климатические условия, осадки, перемещение воздушных масс, содержит в большом количестве водяной пар. Стратосфера по высоте находится в пределах от 12 до 55 км, состоит из большого количества озона, защищает живые организмы планеты от ультрафиолета.

Мезосфера на высоте в 55−88 км характеризуется пониженной плотностью воздушных масс. Что касается ионосферы с массовым скоплением газовых молекул, то она достигает 88−1000 км. Далее проходит верхняя атмосфера, в ней атомы перемещаются с большой скоростью, частично попадая в космос. Отмечается схожесть между описанными оболочками или подразделениями. Так, в них присутствуют вещества во всех известных агрегатных состояниях.

Что у Земли внутри

Внутреннее строение Земли сложное. В ее центре расположено ядро. Затем следуют мантия, занимающая большую часть объема Земли, и земная кора.

Ядро Земли делится на два слоя: внутреннее ядро и внешнее. Внутреннее ядро твердое, внешнее — жидкое, оно находится в расплавленном состоянии. Температура ядра достигает 6000 °С. Ученые предполагают, что оно состоит в основном из железа и никеля.

Мантия (в переводе с латинского языка это слово означает «покрывало») составляет 83% от объема Земли. Несмотря на высокую температуру (до 2000 °С), вещество мантии из-за большого давления находится в твердом состоянии. Правда, в верхней части мантии имеется слой, который частично размягчен и пластичен. Но над ним мантия снова становится твердой.

Земная кора — это твердая верхняя оболочка Земли. Ее толщина от 5 до 75 км, причем под материками она значительно толще, чем под океанами. Поверхность земной коры неровная: мы видим на ней горы, равнины, холмы, овраги. Все неровности земной поверхности называют рельефом (от латинского «релево» — поднимаю).

Земная кора состоит из горных пород. Гранит, известняк, каменный уголь, глина, песок — все это горные породы. Они очень разнообразны по своему цвету, блеску, температуре плавления и многим другим свойствам. Хотя за ними закрепилось название «горные», они находятся и на равнинах под слоем почвы. Горные породы бывают плотными и рыхлыми. Плотные — достаточно прочные камни, например гранит, известняк. Рыхлые — породы, которые рассыпаются или легко разламываются руками. Это глина, песок, торф.

Горные породы состоят из минералов. Например, гранит состоит из трех минералов — кварца, слюды и полевого шпата. Это хорошо заметно, если рассмотреть образец гранита под лупой. Встречаются в природе горные породы, состоящие и из одного минерала. Так, известняк состоит из минерала кальцита.

Движение материков

180 млн лет назад единый материк Пангея раскололся на два больших материка

135 млн лет назад Северная Америка начала удаляться от Европы, Африка — от Южной Америки, Индия двинулась в сторону Азии

Современное положение материков

Горные породы и минералы, которые использует человек, называют полезными ископаемыми. Земная кора — источник самых разнообразных полезных ископаемых, со многими из которых вы уже познакомились в младших классах. Сравнительно недавно было установлено, что земная кора и расположенный под ней самый верхний твердый слой мантии — не сплошные, а как бы составлены из отдельных частей — плит. Плиты очень медленно (со скоростью несколько сантиметров в год) движутся — скользят по размягченному, пластичному слою мантии. В результате материки перемещаются по поверхности Земли. Конечно, мы этого не замечаем, но на протяжении многих миллионов лет расположение материков значительно изменилось. В тех местах, где плиты смыкаются, часто возникают землетрясения и извержения вулканов.

Границы плит Земли

Маленькая экскурсия в мир камней

Магматические горные породы — гранит, базальт и другие — составляют до 60% объема земной коры. Они образовались из магмы в результате ее остывания. Осадочные горные породы формируются при накоплении обломков других горных пород или остатков организмов на поверхности суши или на дне океана. К ним относят песок, глину, мел, известняк. Метаморфические горные породы образуются из магматических и осадочных горных пород, подвергшихся воздействию высоких температур и давления (мрамор, кварцит, гнейс и др.).

Горные породы

Проверьте свои знания

1. Каково внутреннее строение Земли?
2. Что представляет собой земное ядро?
3. Какими свойствами обладает вещество мантии?
4. Как называют неровности земной поверхности?
5. Что такое горные породы и минералы?
6. Что называют полезными ископаемыми?
7. Почему движутся материки?

Подумайте!

1. Почему одни участки суши медленно поднимаются, а другие опускаются?
2. Как ученые изучают состав земной коры?

Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Земная кора образована горными породами. Горные породы состоят из минералов.

Пункт четвертый – биосфера.

Биосферу также называют «оболочкой» – живой оболочкой нашей планеты. Все живое на Земле образует биосферу. Биосфера представляет собой одну из частей географической оболочки, но она является связующим звеном между остальными частями.

Биосфера включает в себя:

• всю гидросферу, поскольку во всех водоемах присутствует жизнь в той или иной форме;
• тропосферу и нижнюю часть стратосферы, расположенную под озоновым слоем атмосферы. Не удивляйтесь насчет стратосферы – микроорганизмы можно найти в воздухе на высоте до 18 км от поверхности Земли.
• земную кору. Наиболее богато населена различными организмами педосфера – почвенная оболочка Земли. Почти вся жизнь в земной коре сосредоточена на глубине нескольких метров, но отдельные бактерии могут жить на глубине до четырех километров. Ниже этого уровня жизнь становится невозможной, поскольку температура среды достигает 100 °C и выше.

Свойства

Они характеризуют особенности ее структуры и принципы функционирования.

К ним относятся:

• целостность (подобие любого живого организма — каждая составляющая уникальна, но правильно работает только в единстве со всеми),
• цикличность (ритмичность), как и все живое на Земле зависит и включена в периодичность всех происходящих процессов,
• круговорот всех процессов (от простых, до сложных — обвалы, осыпи, циркуляция атмосферы, система морских поверхностных течений, круговорот воды, химико-биологические процессы и т.д.).

Если Землю представить, как живое существо (что вполне соответствует совокупности всех теорий), то оболочка для нее является внешним покровом — шкурой для животного или одеждой для человека. Она обеспечивает ее и все живое на ней самыми необходимыми продуктами жизнедеятельности и условиями существования.

К ним относятся:

• наличие кислорода в атмосфере,
• запасы пресной воды,
• достаток всевозможных природных продуктов питания,
• запасы природных ископаемых,
• безопасный пропуск к поверхности ультрафиолетового излучения,
• и т.п.

Нижние и верхние слои

Исходя из закона географической зональности следует, что каждая из оболочек расслаивается на среды со сферами, существует также разделение на океаны и природные зоны в виде суш. Такая структурная особенность повторяется в двух полушариях. Подобная зональность находится в зависимости от интенсивности увлажнения, распространения солнечной энергии по разным широтам.

Условно выделяется верхняя и нижняя географическая граница. Первая из них проходит на высоте около 25 км, нижняя распространяется на глубине в 6 км под океаническими водами, на уровне до 50 км под сушей. Если говорить про нижнюю зональность, она относительно условная, по ее определению между исследователями ведутся активные споры.

Литосфера — твердая оболочка Земли

Литосфера, иногда называемая геосферой, относится ко всем горным породам Земли. Она включает земную кору и верхнюю часть мантии. Выше, литосфера ограничена атмосферой, а ниже — астеносферой (слоем в верхней мантии Земли). Валуны горы Эверест, песок на пляжах Майами и лава, извергающаяся с горы Килауэа на Гавайях, являются примерами компонентов литосферы.

Литосфера является самой твердой сферой нашей планеты. Ее фактическая толщина может варьироваться от примерно 40 км до 280 км. Литосфера заканчивается в момент, когда минералы земной коры становятся вязкими и жидкими. Точная глубина, при которой это происходит, зависит от химического состава горной породы, а также от температуры и давления.

Существует два типа литосферы: океаническая литосфера и континентальная литосфера. Океаническая связана с океанической корой и немного плотнее континентальной литосферы. Континентальная литосфера, связанная с континентальной корой, может быть намного толще, чем океаническая, простираясь на 200 км ниже поверхности Земли.

Наиболее известной особенностью, связанной с литосферой Земли, является тектоническая активность, которая описывает взаимодействие огромных плит литосферы, называемых тектоническими плитами.

Литосфера разделена на тектонические плиты, которые соединяются между собой как зазубренная головоломка. Эти плиты не имеют постоянного расположения; они медленно двигаются. Большая часть тектонической активности происходит на границах этих плит, где они могут сталкиваться, разрываться или пододвигаться друг под друга. Движение тектонических плит стало возможным благодаря тепловой энергии от мантийной части литосферы. Тепловая энергия делает твердую литосферу более эластичной.

Тектоническая активность отвечает за некоторые из самых драматических геологических событий Земли: землетрясения, вулканы, орогенез (горообразование) и глубокие океанические впадины, которые образовались в результате тектонической активности в литосфере.

Свойства

Географическая оболочка обладает тремя свойствами: целостность, зональность и ритмичность. Эти свойства являются уникальными (в таком сочетании) и присущими только ей. Теперь рассмотрим особенности каждого свойства более подробно, чтобы разобраться с тем, как оно проявляется на нашей планете.

Целостность

Целостность географической оболочки — единство всех ее составляющих элементов. Это состояние становится возможным благодаря круговороту веществ и энергии.

Изменение одной из сфер оболочки приведет к неизбежным изменениям во всех остальных ее сферах — Правило целостности.

Изначально мир находится в целостном состоянии и будет находиться в нем до тех пора, пока одна из сфер не исчезнет совсем. Например, сегодня активно происходит вырубка леса — то есть прямое воздействие на природу. Если к этому процессу применить правило целостности, то получается, что вырубка леса сказывается и на других сферах: обмеление рек (деревья через листья испаряют влагу, которая потом выпадает в виде осадков), изменение климата к более жаркому (ведь нарушен круговорот воды) и так далее.

Зональность

Зональность географической оболочки характеризуется изменением условий от экватора к полюсам. Разные зоны характеризуются уникальными и различными составляющими: количество света, тепла, влаги и так далее.

Существует 2 типа зональности:

• Широтная. Классическое распределение от экватора к полюсам. Ей подчиняется все воды, воздух, почва, растения и животные).
• Высотная. В горах температура и условия меняются от подножья к вершине. Именно эта смена и называется высотной поясностью.

Ритмичность

Ритмичность географической оболочки часто еще называют цикличностью. Она характеризуется повторением процессов и явлений. Ритмичность свойственна живым неживым компонентам оболочки. Цикличность в природе может быть различной продолжительности: дневные, недельные, месячные, годовые, вековые, тысячелистник и так далее. В общем случае все сводится к повторению определенных событий с определенной частотой.

Примеры ритмичности оболочки. Например, суточный ритм планеты Земля характеризуется сменой дня и ночи, приливами и отливами, сном и бодрствованием и так далее. Годовой ритм на планете характеризуется сменой времен года, изменением температуры, видами осадков, жизнь и сон животных и так далее.

Биосфера – живая оболочка Земли

Биосфера состоит из частей Земли, где существует жизнь. Она простирается от самых глубоких корневых систем деревьев, до глубоководных океанических желобов, от пышных тропических лесов до высоких горных вершин.

Поскольку жизнь существует на суше, в воздухе и в воде, биосфера перекрывает все эти сферы. Хотя биосфера имеет высоту около 20 километров, почти вся жизнь сосредоточена примерно от 500 м ниже поверхности океана до 6 км над уровнем моря.

Биосфера существует около 3,5 миллиардов лет. Самые ранние жизненные формы биосферы, называемые прокариотами, выживали без кислорода. Древние прокариоты включали одноклеточные организмы, такие как бактерии и археи.

Биосферу иногда считают одной большой экосистемой – сложным сообществом живых и неживых компонентов, функционирующих как единое целое. Однако чаще всего биосфера описывается как совокупность множества экологических систем.

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

Участие живых организмов

Говоря о том, какова роль живых организмов в географической оболочке, нельзя это недооценивать. Неповторимость планеты заключается в том, что на ее поверхности зародилась и развивается жизнь. Процессы включают в себя 3 этапа:

• Появление органических веществ. Это следствие фотосинтеза. Потом они становятся пищей для многих животных и растений, а в некоторых случаях — простейшими живыми организмами.
• Преобразование первичной продукции во вторичную. Сначала поступает к растениям, затем через них — к животным.
• Разрушение всех видов продукции, как растительной, так и животной. Они разлагаются на микроскопические элементы, бактерии и грибы.

Под влиянием организмов Земля сильно изменилась. Состав Мирового Океана поменялся, в нем появились дополнительные и важные элементы, давшие возможность развиваться и эволюционировать рыбам и водным животным. Залежи угля, известняка и нефти тоже являются следствием и неотъемлемой частью перечисленных процессов.

Общий объем вод гидросферы

Земля имеет площадь около 510 066 000 км²; почти 71 % поверхности планеты покрыто соленой водой с объемом около 1,4 млрд. км³ и средней температурой около 4° C, не намного выше точки замерзания воды. В Мировом океане содержится почти 94% объема всей воды Земли. Остальная часть встречается в виде пресной воды, три четверти из которой, заперты в виде льда в полярных регионах. Большая часть оставшейся пресной воды – это грунтовые воды, содержащиеся в почвах и горных породах; и менее 1% водных ресурсов находится в озерах и реках мира. В процентах атмосферный водяной пар является незначительным, но перенос воды, испарившейся из океанов на поверхность суши, является неотъемлемой частью гидрологического цикла, который обновляет и поддерживает жизнь на планете.