Основы экологии

Мантия –  наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 ее массы и большую часть  объема. Она также существует в  виде двух шаровых слоев – нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км. Все слои мантии расположены  между радиусами 3450 и 6350 км.

Данные о  химическом составе мантии получены на основании анализов наиболее глубинных  магматических горных пород, поступивших  в верхние горизонты в результате мощных тектонических поднятий с  выносом мантийного материала. Материал верхней мантии собран со дна разных участков океана. Предполагают, что  мантия Земли в основном сложена  из силикатов и железа, прежде всего  из минерала оливина.

Благодаря высокому давлению вещество мантии, скорее всего, находится в кристаллическом  состоянии. Температура мантии составляет около 2500°С. Именно высокие давления обусловили такое агрегатное состояние  вещества, в ином случае указанные  температуры привели бы к его  расплавлению.

В расплавленном  состоянии находится астеносфера  – нижняя часть верхней мантии. Это подстилающий верхнюю мантию и литосферу слой. Литосфера как  бы «плавает» в нем. В целом  же верхняя мантия обладает интересной особенностью – по отношению к  кратковременным нагрузкам она  ведет себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам  – как пластичный материал.

На не слишком  вязкую и пластичную астеносферу  опирается более подвижная и  легкая литосфера. В целом литосфера, астеносфера и остальные мантии могут рассматриваться в качестве трехслойной системы, каждая из частей которой подвижна относительно других компонентов.

Литосфера –  это земная кора с частью подстилающей ее мантии, которая образует слой толщиной порядка 100 км. Земная кора обладает высокой  степенью жесткости, но и большой  хрупкостью. В верхней части, она  слагается гранитами, в нижней –  базальтами.

Резкая асимметрия строения поверхности нашей планеты  была замечена давно. Поэтому планетарный  рельеф делится на две основные области - океаническую и континентальную. Дно  океанов и континенты отличаются друг от друга строением земной коры, химическим и петрографическим составом, а также историей геологического развития. Кора имеет повышенную мощность в области континентов и пониженную в областях океанического дна.

Средняя мощность континентальной коры – 35 км. Ее верхний  слой богат гранитными породами, нижний – базальтовыми магмами. На дне океанов  гранитный слой отсутствует, и земная кора состоит только из базальтового слоя. Ее мощность – 5–10 км. Кроме того, континентальная кора содержит больше радиоактивных элементов, генерирующих тепло, чем тонкая океаническая кора.

44

Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в основном слагается из восьми химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия. Половина всей массы коры приходится на кислород, который содержится в  ней в связанном состоянии, главным  образом в виде окислов металлов.

Первые порции вулканического материала имели  состав базальтов или состав, близкий  к нему. Базальтовая магма, поднимаясь к поверхности, теряла газы, уходившие  в атмосферу, превращалась в базальтовую  лаву, которая растекалась по первичной  поверхности планеты. При остывании  она превращалась в твердые покровы, образующие первичную кору океанического  типа. Однако процесс выплавления  этих масс был асимметричным, и на одном полушарии планеты их сосредоточилось  больше, чем на другом. В областях будущих континентов молодая  земная кора была динамически неустойчивой и перемещалась вверх и вниз под  влиянием внутренних причин, о природе  которых мы знаем еще недостаточно. При общих колебательных движениях  части первичной коры временами  оказывались выше уровня океана и  подвергались разрушению под влиянием химически активных газов первичной  атмосферы, воды, а также других физических агентов. Продукты разрушения сносились  в пониженные участки суши и водоемы, образуя осадочные породы с механической сортировкой частиц по величине и  минералогическому составу. Еще  более активно эти процессы пошли  с появлением биосферы. Области поднятия суши – места будущих континентов  – стали обрастать поясами  мощных толщ осадочных пород, возникших  за счет разрушения более приподнятых  участков суши. Эти пояса впоследствии подвергались складчатости и поднятиям, в них проявлялась вулканическая  деятельность. Возникли древние горные цепи вокруг ядер материков, впоследствии также разрушенные геологическими агентами. Так формировалась континентальная  часть земной коры.

Океаническая  часть, вероятно, редко или совсем не выступала выше уровня Мирового океана, и в ней не происходили  процессы дифференциации вещества, не шли отложения осадочных пород.

Геологические особенности коры определяются совместными  действиями на нее атмосферы, гидросферы и биосферы – трех самых внешних  оболочек планеты. Состав коры и внешних  оболочек непрерывно обновляется. Благодаря  выветриванию и сносу вещество континентальной  поверхности полностью обновляется  за 80–100 млн лет. Убыль вещества континентов  воспол-няется поднятиями их коры. Если бы не было этих поднятий, то за несколько  геологических периодов вся суша была бы снесена в океан и наша планета покрылась бы сплошной водной оболочкой.

Не следует  забывать и о том, что поверхность  Земли сложилась из литосферных  плит, число и положение которых  менялось от эпохи к эпохе. Плита  – это вся масса коры и подстилающей мантии, которая движется как единое целое по поверхности Земли. Сегодня  выделяют 
8–9 больших плит и более 10 малых. Плиты медленно перемещаются горизонтально (глобальная тектоника плит). В районах рифтовых разломов (т.е. границ литосферных плит), где вещество мантии выносится наружу, плиты расходятся, а в местах, где горизонтальные смещения соседних плит оказываются встречными, они надвигаются друг на друга. Вдоль границ литосферных плит расположены зоны повышенной тектонической активности. При движении плит сминаются их края, образуя горные хребты или целые горные области. Океанические плиты, берущие свое начало в рифтовых разломах, наращивают толщину по мере приближения к континентам. Они уходят под островные дуги или континентальную плиту, увлекая за собой накопившиеся осадочные породы. Вещество погружающейся плиты достигает в мантии глубин до 500–700 км, где оно начинает плавиться.

На поверхности  литосферы в результате совокупной деятельности ряда факторов возникает  почва.

45

Основоположник  почвоведения русский ученый В.В. Докучаев назвал почвой наружные горизонты горных пород, естественно измененных совместным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, включая их остатки. Таким образом, почва – это  сложнейшая система, стремящаяся к  равновесному взаимодействию с окружающей средой.

Гидросфера (от греч. Hydor - вода + Sphaira) - шар водная оболочка Земли, включающая все воды, находящиеся  в жидком, твердом и газообразном состояниях. Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и  поверхностные воды суши. Некоторое  количество воды содержится в атмосфере  и в живых организмах.

Водная оболочка Земли представлена на нашей планете  Мировым океаном, пресными водами рек  и озер, ледниковыми и подземными водами. Общие запасы воды на Земле  составляют  
1,5 млрд км³. Из этого количества воды 97% приходится на соленую морскую воду, 2% составляет замерзшая вода ледников и 1% – пресная вода.

Гидросфера  – это сплошная оболочка Земли, так  как моря и океаны переходят в  подземные воды на суше, а между  сушей и морем идет постоянный круговорот воды, ежегодный объем  которого составляет 100 тыс. км³. Большая часть испаренной с поверхности морей и океанов воды выпадает в виде осадков над ними же. Около 10% испаренной воды уносится на сушу, падает на нее, а затем или реками уносится в океан, или уходит под землю, или консервируется в ледниках. Круговорот воды в природе не является совершенно замкнутым циклом. Сегодня доказано, что наша планета постоянно теряет часть воды и воздуха, которые уходят в мировое пространство. Поэтому с течением времени встанет проблема сохранения воды на нашей планете.

Вода –  вещество, обладающее многими уникальными  физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой теплоемкостью, теплотой плавления и испарения  и в силу этих качеств является важнейшим климатообразующим фактором на Земле. Вода является хорошим растворителем, поэтому в ней содержится множество  химических элементов и соединений, необходимых для поддержания  жизни. Не случайно именно Мировой океан  стал колыбелью Жизни на нашей  планете.

Большую часть  поверхности Земли занимает Мировой  океан (71% поверхности планеты). Он окружает материки (Евразию, Африку, Северную и  Южную Америку, Австралию и Антарктиду) и острова. Океан делится материками на четыре части: Тихий (50% площади Мирового океана), Атлантический (25), Индийский (21) и Северный Ледовитый (4%) океаны. Средняя  глубина вод океана составляет 3,8 км. Наиболее глубокая часть океана – Марианская впадина в Тихом  океане с глубиной 11022 м. Посреди  океанов проходят рифтовые хребты общей  протяженностью до 60 тыс. км. Они состоят  из отдельных гор высотой до 2,5 км, разделенных глубокими расщелинами.

Средняя соленость  вод Мирового океана составляет 3,5%. Среднегодовая температура поверхности  вод океана равна 17,5°С. Теплее всего  вода у экватора (28°С), холоднее всего  – у полюсов (до – 1,9°С). Мировой  океан часто называют «печкой  планеты». В теплый сезон вода согревается  медленнее суши, поэтому она охлаждает  воздух. Зимой происходит обратный  
процесс - теплая вода согревает холодный воздух.

В Мировом  океане постоянно происходят поступательные движения масс воды – морские течения. Они образуются под влиянием господствующих ветров, приливных сил Луны и Солнца, а также из-за существования слоев  воды разной плотности. Под влиянием вращения Земли все течения в  Северном полушарии отклоняются  вправо, а в Южном полушарии  – влево.

46

 По располо-жению  течения бывают поверхностными, подповерхностными, глубинными и  придонными. По стабильности выделяют  постоянные, временные и периодические  (приливы и отливы) течения. Примером  постоянных течений являются  Северные и Южные Пассатные  течения. Из низких широт в  высокие движутся теплые течения  (Гольфстрим), а из высоких широт  в низкие – холодные течения  (Лабрадорское, Курильское).

Огромную  роль в морях и океанах играют приливы и отливы, вызывающие периодические  колебания уровня воды и смену  приливных течений. В открытом океане высота прилива достигает 1 м, у берегов  – до 18 м. Самые высокие приливы  наблюдаются у берегов Франции (14,7 м) и в Англии в устье реки Северн (16,3 м), в России – Мензенском заливе Белого моря (10 м) и Пенжинской губе Охотского моря (11 м).

Важной частью гидросферы Земли являются реки – водные потоки, текущие в естественных руслах и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их бассейнов. Реки с притоками образуют речную систему. Течение и расход воды в них зависит от уклона русла. Обычно выделяют горные реки с быстрым течением и узкими речными долинами и равнинные реки с медленным течением и широкими речными долинами.

Реки являются важной частью круговорота воды в  природе. Их суммарный годовой сток в Мировой океан составляет 38,8 тыс. км³. Реки – это источники питьевой и промышленной воды, источник гидроэлектроэнергии. В реках живет большое количество растений, рыб и других пресноводных организмов. Самые большие реки на планете – Амазонка, Миссисипи, Енисей, Лена, Обь, Нил, Амур, Янцзы, Волга.

Озера и болота – также часть гидросферы Земли. Озера – это водоемы, вся поверхность которых открыта атмосфере и которые не имеют уклонов, создающих течения, а также не связаны с морем иначе, чем через реки и потоки. Понятие «озера» включает в себя большой круг водоемов, в том числе пруды (небольшие мелкие озера), водохранилища, а также болота и трясины со стоячей водой. По происхождению озера могут быть ледниковыми, проточными, термокарс-товыми, солеными. С геологической точки зрения озера имеют малую продолжительность жизни. Как правило, они постепенно исчезают из-за нарушения равновесия между притоком и стоком воды из озера. К числу крупнейших озер относятся: Каспийское и Аральское моря, Байкал, озера Верхнее, Гурон и Мичиган в США и Канаде, Виктория, Ньянза и Танганьика в Африке.

Еще одна часть  гидросферы – подземные воды. Это  все воды, находящиеся под земной поверхностью. Существуют подземные  реки, свободно текущие по подземным  каналам – трещинам, пещерам. Есть также фильтрующиеся воды, просачивающиеся  через рыхлые породы (песок, гравий, гальку). Самый ближний к поверхности  земли горизонт подземных вод  называют грунтовыми водами.

Подземные воды могут иметь атмосферное происхождение. Также источником подземных вод  могут быть пары воды раскаленной  магмы – т.е. ювенильные воды.

Вода, попавшая в грунт, доходит до водоупорного слоя, накапливается на нем и пропитывает  вышележащие породы. Так образуются водоносные горизонты, могущие служить  источниками воды. Иногда водоупорный  слой может создавать вечная мерзлота.

Ледники, образующие ледяную оболочку Земли (криосферу), также являются частью гидро-сферы  нашей планеты. Они занимают площадь, равную 16 млн км². Это 1/10 часть поверхности планеты. Именно в них содержатся основные запасы пресной воды (3/4). Если бы льды, находящиеся в ледниках, вдруг растаяли, уровень Мирового океана повысился бы на 50 метров.