Науки о Земле. Геосферные оболочки Земли

Мантия Земли, расположенная от подошвы земной коры вплоть до поверхности ядра, находящегося на глубине 2900 км, главным образом состоит из окислов кремния, магния и железа. Вещество мантии находится в жидком состоянии, но вязкость его очень высока. Для всей мантии характерны интенсивные конвективные движения, обуславливающие смещение литосферных плит и приводящие к извержению на поверхность Земли высокотемпературных (ок. 1300 ˚С) лав - мантийного вещества.

Ближайшие к поверхности Земли слои мантии - это лито- и  астеносфера. Литосфера состоит из плит, которые при отсутствии внешних воздействий длительное время сохраняют свою форму. Как правило, располагающееся под литосферными плитами вещество астеносферы частично размягчено и под давлением деформируется, течет.

Деформируемость астеносферы допускает скольжение по ней литосферных плит. Перемещение литосферных плит, крупнейшие из которых Тихоокеанская, Североамериканская, Южноамериканская, Африканская, Евроазиатская, Индоавстралийская и Антарктическая, составляют единицы сантиметров (около 3 см) в год, однако за миллионы лет им удавалось преодолевать пути в тысячи километров. Соприкасаясь, литосферные плиты взаимодействуют друг с другом и проходят во вращение. Существует весьма тщательно разработанные глобальные кинематические модели современного относительного движения литосферных плит. Мощность (толщина) литосферных плит составляет от 2 до 100 км.

Земная кора - внешняя оболочка Земли, толщиной менее 10 км под океанами, но более 25 км под материками. Образуется за счет движения литосферных плит, разрушения и выветривания горных пород и осадка накоплений. Океаническая кора состоит в основном из базальта - пород вулканического происхождения, в которых преобладает полевой шпат и пироксен. Континентальная кора сложена главным образом из гранитов и магматических пород, содержащих преимущественно кварц, кальциевый полевой шпат, кислый плагиоклаз и слюду. Плотность океанической коры больше, чем плотность континентальной коры. Максимальная контрастность рельефа определяется тектонической активностью Земли и достигает 16 - 17 км. Со временем неровности рельефа уменьшаются, «растекаются» в следствие действия на земную кору гравитационных сил. По этой причине перепады высот в таких древних горных поясах как, например, Уральские горы, не превышает 2 км.

Гидросфера состоит из вод океанов, морей, озер, рек, подземных источников и материковых льдов, а также воды, содержащиеся в связанном состоянии в гидросиликатах. Большая часть гидросферы (около 63%) сосредоточена в Мировом океане. На пресные воды суши приходится не более 0,05% всех вод, сосредоточенных в верхних геосферах Земли (21,73   1020 кг). Средняя глубина океана 3711 м, а наибольшая 11022 м (Марианский желоб в Тихом океане). Средняя годовая температура поверхности вод океана 17,5 ˚С. Мировой океан занимает 70,8% земной поверхности. В океанической воде растворены едва ли не все элементы таблицы Менделеева, преобладает хлор (19,35%) и натрий (10,76%).

Подземными водами называют все воды, находящиеся под земной поверхностью. Если вода свободно течет по подземному каналу, в толще твердых пород (трещины, пещеры), то имеет место подземный водоток, скорость которого может измеряться метрами в секунду. Воды, просачивающиеся через рыхлые породы (песок, гравий, галька), называются фильтрующимися. В последнем случае воде приходится преодолевать силы трения у каждого зерна рыхлой породы, а скорость водотока будет измеряться метрами в сутки. Самый ближний к поверхности Земли горизонт носит название грунтовых вод. Подземные воды бывают водозные (влага атмосферы) и ювениальные (из паров воды раскаленной магмы). Ювениальные воды в местах недавнего вулканизма часто образуют источники. Вода, попавшая в грунт, доходит до водоупорного слоя. Накапливаясь на его поверхности, она обильно пропитывает вышележащие породы и образует так называемый водоносный горизонт (обычно он имеет наклон). Когда появляется искусственный или естественный доступ к такому горизонту, возникают артезианские колодцы. В определенных условиях подстилающим слоем может быть мерзлота.

Озера, болота обладают огромным многообразием. По генезису озера могут быть ледниковыми, проточными, термокарстовыми, солеными. Бывают озера, промерзающие до дна и частично. Есть озера, в которых солнечные лучи достигают дна (глубиной 4,5 м и менее). Их часто называют прудами, и в них имеется растительность по всей поверхности дна. В целом растительная и животная жизнь озер очень разнообразна. Однако первопричиной происхождения большинства озер является таяние ледников.

Болотами называют участки земной поверхности, избыточно увлажненные пресной или соленой водой. Наиболее распространены болота травяные, моховые и смешанные.

Ледники занимают на земном шаре площадь, приблизительно равную 16 млн км2. Если бы весь этот лед растаял, то уровень Мирового океана повысился бы на 50 м. Среди современных ледников гляциологи различают два типа - материковые покровы, или щиты, и горные ледники. Наиболее крупные современные материковые ледниковые покровы расположены в Антарктиде и Гренландии. В некоторых их районах толщина льда превышает 3200 м. На вершинах высоких гор и горных хребтов ледники являются составной частью горных снегов. Высота снеговой линии зависит от количества осадков. В Пиренеях она составляет 2800 м, на Кавказе - 2900-3500 м, в горах Тянь-Шаня - 3500-4500 м. Наиболее распространены ледники скандинавского типа (плоские вершины, небольшие языки) и альпийского типа (долинные, заполняющие речные долины, и висячие языки, характерные для высоких гор).

В реках течение и расход воды определяется наклоном русла, который, в свою очередь, определяется отношением разности высот двух пунктов к длине участка, расположенной между этими пунктами. Уклон русла многих равнинных рек ничтожно мал. Так, например, уклон Волги от Волгограда до Астрахани составляет 0,00002, а Днепра от Каховки до Херсона - 0,00001. Это означает понижение уровня реки на 2 и 1 см соответственно на 1 км длины. Даже из этих цифр видно, что строительство ГЭС на Днепре и Волге должно было поставить их течение на грань состояния стоячей воды, что имеет место на некоторых участках этих рек. В зависимости от величины кинетической энергии воды, переносимой в реках, последние совершают два типа работы: 1) кинетическая энергия воды преодолевает силу тяжести и силу сцепления частичек, слагающих дно и стенки русла; 2) кинетическая энергия воды не достаточна для переноса частиц. Результатом первого вида работы является эрозия окружающих берегов; второго - отложение, аккумуляция материала и повышение дна.

Продовольственные запасы Мирового океана огромны. Здесь обитает 150 тыс. видов гидробионтов с общей массой приблизительно 30 млрд т. Масса водорослей составляет 1,7 млрд т, но они ежедневно производят почти в 10 раз больше органически веществ, чем остальные гидробионты, т. к. биологическая активность их превышает таковую других видов приблизительно в 200 раз.

Атмосфера Земли - это ее газовая (воздушная) оболочка, распространяющаяся до высот более 100 км. Атмосфера вращается вместе с Землей. У поверхности Земли современная атмосфера состоит в основном из азота (78,1%) и кислорода (21%). Давление и плотность воздуха с высотой убывают. На высоте 20-25 км находится слой озона, предохраняющий живые организмы на Земле от вредного для коротковолнового излучения. В атмосфере часто выделяют 5 слоев: тропосфера (достигает на экваторе толщины 16-18 км), стратосфера (доходит до 55 км), мезосфера (достигает высоты 80 км, у верхней границы температура 80-90 ˚С), ионосфера (расположена до высоты 800 км, оказывает значительное влияние на распространение радиоволн), экзосфера (простирается от ионосферы до 2000-3000 км, эффективная температура порядка 2000 ˚С). Для атмосферы Земли характерен так называемый парниковый эффект, обуславливаемый поглощением молекулами H2O, CO2 и O3 теплового излучения нагретого солнечными лучами поверхности планеты. Техногенная деятельность человека резко увеличила в атмосфере содержание углекислого газа CO2, в этой связи парниковый эффект представляет опасность для здоровья людей.

Воздух в  атмосфере загрязнен: даже над открытым морем в 1 см3 содержится более 1000 пылинок. В атмосферу с земной поверхности  непрерывным потоком поступают  всевозможные примеси, порождаемые  геохимическими и биологическими процессами, а также человеческой деятельностью. Прежде чем вернуться на Землю, в почву или воды, эти вещества вместе с потоками воздуха странствуют в атмосфере, участвуя в микрохимических и микрофизических процессах.

Магнитосфера Земли простирается на десятки и даже сотни тысяч километров. Состояние магнитосферы определяется взаимодействием магнитного поля Земли с потоками космических, особенно высокоэнергетических, частиц. Конфигурация силовых линий магнитного поля Земли такова, что движущиеся по ним частицы попадают в так называемые ловушки, курсируя от Северного полушария в Южное и обратно. Магнитные ловушки подобно озоновому слою защищают живые организмы Земли от вредных для них излучений. К сожалению, техническая деятельность человечества не только разрушает не только озоновый слой, но и магнитные ловушки. Проблемы с озоновым слоем стали предельно актуальными уже в наши дни. Проблемы с магнитными ловушками ожидают человечество в будущем, возможно весьма недалеком.

Магнитные явления, наблюдаемые на земной поверхности, в атмосфере и космосе, дают основание считать Землю огромным магнитом с двумя четко выраженными магнитными полюсами. Северный магнитный полюс находится в Северной Америке на полуострове Ботия (70˚5'3'' северной широты и 96˚45'3'' западной долготы). Южный магнитный полюс находится в Антарктиде на станции Восток (75˚6' южной широты и 154˚8' восточной долготы). Линии магнитных сил образуют магнитные меридианы, которые не совпадают с географическими. В действии магнитных сил встречаются аномалии, которые иногда имеют распространение на тысячи километров. Имеют место и магнитные бури, благодаря которым возникают серьезные радиопомехи, вплоть до прекращения связи. Установлено, что магнитные бури тесно связаны с полярными сияниями и имеют 11-летнюю периодичность, совпадающую с 11-летней периодичностью возникновения солнечных пятен. Магнитное поле Земли имеет яркую историю, его изучает палеомагнетизм. Этой наукой были установлены два важнейших факта: 1) полярность магнитного поля Земли несколько раз менялась на протяжении истории ее развития; 2) расположение континентов относительно магнитных полюсов радикально менялось, подчиняясь определенной системе. Эти факты означают не просто перемещение магнитных полюсов, но и то, что континенты меняют магнитную ориентацию относительно друг друга. Последнее является надежным доказательством дрейфа континентов.

 

 

 

 

 

Современные концепции развития геосфер

Разработка неклассической концепции глобальной эволюции Земли позволила с новых позиций представить развитие геосферных оболочек. Речь отнюдь не идет о констатации фактов, они интерпретируются в принципиально новой концептуальной манере. Именно в этой связи ниже рассматривается развитие геосферных оболочек.

В неклассической концепции глобальной эволюции Земли в объяснении динамических истоков развития геосферных оболочек решающее значение придается: однородности химического состава первичной Земли; изменению ее термодинамических состоянием под воздействием энергетических потоков; приобретению расплавленным веществом Земли текуче-подвижных состояний, приводящих к химико-плоскостной дифференциации этого вещества; образованию в результате дифференциации вещества Земли ее геосферных оболочек; эволюции геосферных оболочек в процессе непрекращающихся изменений динамических потенциалов Земли.

Энергетическая динамика Земли определяется в основном тремя составляющими: энергией гравитации (ок. 82%), энергией радиоактивного распада (ок. 12%), приливной энергией (ок. 4%). Что касается солнечной энергии, то она, частично поглощаясь внешними геосферными оболочками, отражается ими же в космос. Следует отметить, что Земля стала тектонически активной далеко не сразу, а лишь после ее разогрева, который из-за наличия приливных сил (высота волн прилива достигала 1 км) оказался наибольшим в приповерхностных слоях планеты. Тепловая энергия из поверхности планеты постепенно разогревала все ее вещество, переводя его в расплавленное состояние. Вещества Земли, обладавшие наибольшей плотностью, стали диффундировать в центр планеты.

Было время, когда Земля не была дифференцирована на геосферные оболочки, которые, подобно всем космическим объектам, возникают, проходят некоторые этапы своей эволюции и умирают. Все геосферные оболочки являются результатом дифференциации вещественного состава первичной Земли. Возникнув однажды, они приобретают относительную самостоятельность и становятся геодинамически активными.

Таково представление в свете неклассической концепции глобальной эволюции Земли. Несколько выше была рассмотрена история развития геосфер также с точки зрения неклассической концепции.

 

 

Заключение

Земля - уникальный космический объект. Планетарный взгляд на все происходящие на Земле процессы сформировался в эпоху Великих географических открытий. Эта эпоха охватывает XV - XVΙΙ вв., когда человек сумел взглянуть на Земной шар как на единое целое. Ориентация на такой «взгляд» определила «дух» всей последующей эпохи, вплоть до середины XX столетия (до исчезновения «белых пятен» на планете). Все устремления того периода были направлены на достижение полноты представлений о Земном шаре, что стало возможным в XX в. благодаря появлению аэрофотосъемки, а затем благодаря возможностям фотографировать Землю из космоса. После этого появилась возможность сформулировать исходные понятия физической географии, создать фундамент для исследования земных оболочек, геосфер. Этот период можно назвать «перевалом», преодолев который, одна из важнейших наук естествознания - география превратилась в строгую науку, и началось активное изучение геосфер.

Современная геология констатирует тот факт, что Земля имеет сложную и еще недостаточно изученную историю развития. Земля - это объект, который продолжает находиться в процессе становления. Поэтому изучение строения Земли актуально и по сей день. В своей работе я постараюсь перечислить и дать характеристику основным геосферным оболочкам Земли. А также раскрыть концепции развития геосфер в современном естествознании и эксперименты современных ученых, пополнившие картину недр Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной литературы

1. Берлянт А. М. Образ пространства: карта и информация. — М., Мысль, 1986.

2. Багров Лео. История картографии. — М., Центрполиграф, 2004.

3. Багров Лео. История русской картографии. — М., Центрполиграф, 2005.

4. Браун Ллойд Арнольд. История географических карт. — М., Центрполиграф, 2006.

5. Кусов В. С. Московское государство XVI — начала XVIII века: Сводный каталог русских географических чертежей. — М., 2007.

6. Постников А. В. Развитие картографии и вопросы использования старых карт / Отв. ред. И. А. Федосеев. — М.: Наука, 1985.