Состав и строение Земли

наблюдаемый в  виде красивого зрелища серебристых  облаков вскоре после захода Солнца.

     В мезосфере большей частью сгорают  попадающие на Землю мелкие твердые  метеоритные частицы, вызывающие явление метеоров.

     Термосфера. Выше температурного минимума мезопаузы начинается термосфера, в которой температура, сначала медленно, а потом быстро вновь начинает расти. Причиной является поглощение ультрафиолетового, излучения Солнца на высотах 150–300 км, обусловленное ионизацией атомарного кислорода: О + hv ® О⁺ + е.

     В термосфере температура непрерывно растет до высоты около 400 км, где она  достигает днем в эпоху максимума  солнечной активности 1800 К. В эпоху  минимума эта предельная температура может быть меньше 1000 К. Выше 400 км атмосфера переходит в изотермичную экзосферу. Критический уровень (основание экзосферы) находится на высоте около 500 км.

     Полярные  сияния и множество орбит искусственных  спутников, а так же серебристые  облака – все эти явления происходят в мезосфере и термосфере.

     ПОЛЯРНОЕ  СИЯНИЕ – это световая гамма изменяющейся интенсивности с быстрыми движениями, наблюдаемая в высокоширотных районах  Земли. 

      Озоносфера. На высотах 20–25 км достигается максимальная концентрация ничтожного количества озона О₃ (до 2×10^–7 от содержания кислорода!), который возникает под действием солнечного ультрафиолетового излучения на высотах примерно от 10 до 50 км, защищая планету от ионизующего солнечного излучения. Несмотря на исключительно малое количество молекул озона, они предохраняют все живое на Земле от губительного действия коротковолнового (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения Солнца. Если осадить все молекулы к основанию атмосферы, то получится слой, толщиной не более 3–4 мм! На высотах более 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород; многие молекулы диссоциируют на отдельные атомы, которые, ионизуясь под действием жесткого излучения Солнца, образуют ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.

     На  высоте 20–25 км располагается озонный слой. Озон образуется за счет распада молекул кислорода при поглощении ультрафиолетового

излучения Солнца с длинами волн короче 0,1–0,2 мкм. Свободный кислород соединяясь с молекулами О₂ и образует озон О₃, который жадно поглощает весь ультрафиолет короче 0,29 мкм. Молекулы озона О₃ легко разрушаются под действием коротковолнового излучения. Поэтому, несмотря на свою разреженность, озонный слой эффективно поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, прошедшее сквозь более высокие и прозрачные атмосферные слои. Благодаря этому живые организмы на Земле защищены от губительного воздействия ультрафиолетового света Солнца.

     Ионосфера. Излучение Солнца ионизирует атомы и молекулы атмосферы. Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно растет с удалением от Земли. На различных высотах в атмосфере происходят последовательно процессы диссоциации различных молекул и последующая ионизация различных атомов и ионов. В основном это молекулы кислорода О₂, азота N₂ и их атомы. В зависимости от интенсивности этих процессов различные слои атмосферы, лежащие выше 60-ти километров, называются ионосферными слоями, а их совокупность ионосферой. Нижний слой, ионизация которого несущественна, называют нейтросферой.

     Максимальная  концентрация заряженных частиц в ионосфере  достигается на высотах 300–400 км.

     Экзосфера - внешний слой атмосферы Земли, начинающийся с высот в несколько сотен км, из которого легкие, быстро движущиеся атомы водорода могут ускользать в космическое пространство. На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения.

       Кроме чрезвычайно разреженных  пылевидных частиц, в это пространство  проникает электромагнитная и  корпускулярная радиация солнечного  и галактического происхождения.

2.2. Гидросфера Земли

     Земля - одна из девяти планет Солнечной системы, и, как известно, только на Земле  сложились такие удивительные условия, при которых стало возможным  возникновение и развитие живых  организмов. Тайна возникновения  жизни так же затеряна в прошлом, как и тайна возникновения Солнца и планет, всей Вселенной. Известно только, что возникновение и развитие жизни на нашей планете было бы невозможно без солнечных лучей, согревающих наружную оболочку Земли, без тонкого слоя газовой атмосферы и без огромного количества химического вещества, называемого водой.

  
Солнце на протяжении огромного исторического периода согревает поверхность Земли, обеспечивая такую температуру, при которой вода находится в жидком состоянии. Средняя температура поверхностного слоя Мирового океана имеет температуру 17,4°С. Химический состав атмосферы Земли в разные исторические эпохи был различным, однако он всегда обеспечивал определенное атмосферное давление, препятствующее испарению воды в космическое пространство. Атмосфера создает также определенный парниковый эффект, вызывающий минимальные колебания температуры поверхности Земли в условиях смены дня и ночи.

Состав  гидросферы

     Имеющаяся на Земле вода образует гидросферу. Состав ее приведен в табл.1. 
Таблица 2.4. Состав гидросферы Земли (по А. Е. Ферсману)

     Как видно из таблицы, основную часть гидросферы составляет кислород. Этот элемент, не очень широко распространенный во Вселенной, явился той основой, на которой развивается живая и неживая материя на Земле. Этот элемент составляет основную часть не только гидросферы, но и земной коры, в которой его содержание доходит почти до 45%. Большая часть из них состоит из воды, почти 90% которой - кислород. Он входит в состав костей скелета, основных белков и аминокислот крови, обеспечивает дыхание и протекание окислительных процессов в клетках организмов, а также вывод из организмов продуктов распада органических веществ. Жизнь без кислорода, как и без воды, невозможна.

Структура гидросферы

     Запасы  воды на земле огромны. Она находится  в морях и океанах, в материковых  ледниках и полярных льдах, в пресных водах озер, рек и болот. Значительные количества воды содержатся в атмосфере воздуха и горных породах, в живых организмах. Объем гидросферы громаден - 1370 млн. куб. км, что составляет 1/800 объема планеты Земля.  
Этот объем распределяется следующим образом: 
- мировой океан - 1120 млн. куб. км; 
- толща земной коры - 200 млн. куб. км; 
- материковые ледники и ледники приполярных областей - 30 млн. куб. км; 
- реки, озера и болота - 4 млн. куб. км; 
- атмосфера - 12 тыс. куб. км.

     Количество воды в гидросфере практически постоянно. Одним из источников поступления воды в гидросферу являются ювенильные воды, попадающие на Землю в результате извержения вулканов. Однако это всего 0,25 куб. км в год. Расход воды также невелик и связан с разложением ее паров под действием солнечного излучения и улетучиванием их в мировое пространство.

     Площадь поверхности Мирового океана составляет около 360 млн. кв. км, это почти в 2,5 раза больше площади поверхности  суши (149 млн. кв. км)На поверхности Земли  имеются реки, озера, болота, ледники и снега. В толще земной коры текут подземные реки, располагаются подземные озера. Вся вода находится в постоянном движении. 
 
 

     21

Природная паровая машина

     Источником  движения воды на Земле является энергия  Солнца. Солнечные лучи падают на поверхность  Земли, передают свою энергию воде и  нагревают ее, превращая в пар. В среднем каждый час с одного квадратного метра водной поверхности испаряется один килограмм воды. Теоретически за 1000 лет почти вся вода Мирового океана может побывать в виде пара. Природная паровая машина планеты создает огромные объемы атмосферной воды, переносит их на значительные расстояния и изливает на Землю в виде атмосферных осадков. Атмосферные осадки попадают в реки, которые несут свои воды в Мировой океан. Так осуществляется круговорот воды в природе. Различают малый и большой круговорот (рис.1.1). Малый круговорот связан с выпадением осадков в Мировой океан, большой круговорот - в виде осадков на суше. Ежегодно на сушу выпадает около 100 тыс. куб. км воды. Эти воды пополняют реки и озера, проникают в горные породы. Часть этих вод возвращается в моря и океаны, часть испаряется, а часть используется растениями и живыми организмами для питания и роста, т. е. для доставки питательных веществ из почвы к клеткам, а также для регулирования своей температуры. При этом происходит испарение воды в атмосферу. Этот процесс называется транспирацией. Зеленый покров планеты доставляет в атмосферу огромные количества воды.

Роль  воды в жизни человека

     Значительное  количество воды человек использует в своей повседневной жизни. Использованные воды, как правило, загрязнены, и  если они не проходят специальной  очистки, то загрязняют и природные воды - реки, озера, подземные воды.

     Загрязненные  природные воды ухудшают экологическую  ситуацию в биогеоценозе, ведут к  гибели существующих природных форм, ставят под сомнение возможность  выживания различных форм высших организмов, в том числе и человека. В условиях повсеместного загрязнения окружающей

 среды, в  том числе ухудшения качества  природных вод, одной из актуальнейших  проблем выживания человечества  становится проблема обеспечения  людей питьевой водой высокого  качества.

     Человек не может жить без воды. Его тело на 70%, кровь - на 90%, мышцы - на 755 состоят из воды. В костях человека содержится около 25% воды. Без пищи человек может прожить 2-3 месяца, а без воды погибает через неделю. Обезвоживание организма ведет к тому, что все биохимические процессы, протекающие в отсутствие влаги, ведут к необратимым изменениям во всех органах.

     С водой в организм человека поступают  минеральные вещества, вода обеспечивает движение всех материальных и энергетических потоков в теле человека, и даже температура тела регулируется при помощи воды. Известны случаи, когда спасшиеся при кораблекрушении люди без пресной воды в течение нескольких часов сходили с ума от одного страха умереть от жажды. Вода - это жизнь. Химический состав крови человека очень близок к химическому составу вод Мирового океана. В то же время отсутствие в питьевой воде основных минеральных солей приводит к нарушению водно-солевого баланса организма, что вызывает различные заболевания. Оптимальный уровень содержания солей в питьевой воде составляет от 200 до 500 мг/л. Суточная потребность организма в воде питьевого качества - от 1,5 до 2,0 л. При тяжелой физической работе и высокой температуре воздуха потребность в воде, как правило, увеличивается. Примерный перечень основных минеральных веществ, которые должны присутствовать в питьевой воде, приведен в табл. 1.2. Эти нормативы разработаны для питьевой воды, используемой на судах и кораблях Военно-морского флота России. Минерализация опресненной морской воды производится либо путем введения в нее химических веществ, либо путем смешения морской и опресненной воды.

Таблица 2.5. Химический состав питьевой воды