Литосфера и внутреннее строение Земли
Лекция № 6 Геосферы земли в составе биосферы.
Происхождение и свойства планеты Земля
Земля, третья планета от Солнца, входящая в Солнечную систему. Место планеты Земля в иерархической организации Вселенной: Вселенная-Метагалактика (скопление галактик) - наша Галактика (галактика Млечного пути) —> Солнечная система —> Земля. Наиболее значимые гипотезы происхождения Земли следующие:
Гипотеза И. Канта и П. Лапласа.Согласно этой гипотезе вся Солнечная система образовалась из раскаленной вращающейся газовой туманности. Последующие
расчеты показали, что такой путь формирования Солнечной системы нереален.
Гипотеза О.Ю. Шмидта.Земля образовалась из твердых холодных частиц, окружавших Солнце.
Гипотеза В.Г. Фесенкова.Некоторые планеты Солнечной системы образовались при отрыве от Солнца длинного выступа и его распаде на части.
Свойства Земли. Форма и размеры.По форме Земля представляет собой шар, сплющенный у полюсов (эллипсоид вращения). Длина экваториального радиуса этого
шара составляет 6378 км, вертикального — 6357 км, длина окружности Земли по экватору — 40 тыс. км. Истинная геометрическая форма Земли была названа геоидом.
Масса Земли составляет 5,98 * 1024 кг.
Плотность поверхностных слоев земного шара равна 2,7-3,0 г/см3. С глубиной плотность увеличивается и в центре Земли приближается к 11,3 г/см3. Средняя плотность Земли — 5,52 г/см3. Плотность увеличивается с нарастанием давления. Давление с каждым километром возрастает на 27,5 МПа. В центре Земли оно составляет около 300 тыс. МПа.
|
|
|
Температураразлична в поверхностных и глубинных слоях. Температура поверхности Земли определяется притоком энергии Солнца и зависит от географической широты местности и времени года. Верхняя часть земной коры прогревается на незначительную глубину, ниже которой располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Ниже этого пояса температура повышается. Расстояние по вертикали, на котором происходит повышение температуры на 1°С, называется геотермической ступенью. Средняя ее величина равна 33 м. На больших глубинах геотермическая ступень не наблюдается. Температура центра Земли составляет 2000-3000°С. Земля создает ряд геофизических полей:гравитационное, магнитное, электрическое и тепловое.
Мировой океан занимает 71 % поверхности Земли, суша только 29 %. Суша распределена среди Мирового океана неравномерно. В северном полушарии она занимает 39 %площади, а в южном — 19 %. В южном полушарии в отличие от северного, в умеренных широтах (50) суши почти нет, зато в полярной области находится Антарктида.
|
|
|
Возникновение и существование на Земле биосферы обусловлены формой и размерами нашей планеты, а также расстоянием ее от Солнца.
Происхождение геосфер Земли.
Возраст планеты Земля составляет около 4,6 млрд лет. В течение этого времени на Земле происходили процессы превращения и перемещения материи, в результате чего земной шар расчленился на ряд оболочек, или геологических сфер (геосфер).Выделяют различные сферы Земли: ядро, мантию, земную кору, педосферу, литосферу, атмосферу, гидросферу, педосферу, биосферу, ноосферу и др. Атмосфера (греч. «атмос» — пар) — воздушная оболочка Земли. Гидросфера (греч. «гидора» — вода) — водная оболочка Земли. Литосфера (греч. «литос» — камень) — твердая оболочка земного шара. Педосфера (лат. «педис» — нога, стопа) оболочка Земли, образуемая почвенным покровом. Биосфера (греч. «биос» — жизнь) — оболочка Земли, преобразованная живыми организмами. Ноосфера (греч. «ноо» - разум) — оболочка Земли, преобразованная деятельностью человека.
Слои Земли имеют разный химический состав, что объясняют дифференциацией первичного вещества планеты. В ходе формирования планеты более тяжелые элементы (железо, никель и др.) «тонули» и образовали ядро, а относительно легкие (кремний, алюминий и др.) «всплывали» и сформировали земную кору. Одновременно из расплава выделялись газы, которые образовали атмосферу, и пары воды, которые сформировали гидросферу. В результате на Земле сложились условия благоприятные для развития жизни. Живые организмы сформировали особую оболочку - биосферу. С возникновением человека биосфера вступает в новую стадию развития - ноосферу.
|
|
|
Атмосфера
Атмосфера — сплошная воздушная оболочка Земли. Атмосфера окружает Землю до высоты 3 тыс. км. Она состоит из смеси газов и пылевидных частиц. В сухом чистом воздухе в объемных процентах содержится 78 % азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,03 % углекислого газа и около 0,003 % смесь неона, гелия, криптона, ксенона, оксидов азота, метана, водорода, паров воды и озона. На долю водяного пара приходится до 3 % объема атмосферы. Большая часть пыли в составе атмосферы поднята с поверхности Земли, но также присутствует космическая и бактериальная пыль.
Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, термо- и экзосферы. Последние три слоя иногда рассматривают как ионосферу.
Тропосфера (от 0 до 7 км у полюсов и до 18 км у экватора). В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и 4/5 массы атмосферы. Здесь развиваются все погодные
явления. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию,
увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Температура тропосферы с высотой уменьшается и на высоте 10—12 км достигает минус 55°С.
|
|
|
Стратосфера (до 40 км). Температура постепенно возрастает до 0°С. На высоте 22—24 км наблюдается максимальная концентрация озона (озоновый слой). Он поглощает большую часть губительного для живых организмов жесткого излучения Солнца.
Мезосфера (до 80 км). Температура падает до минус 60—80°С. Наблюдается высокое содержанке ионов газов, являющихся причиной возникновения полярных сияний.
Термосфера(до 800 км). Характеризуется ростом температуры. Увеличивается содержание легких газов — водорода и гелия — и заряженных частиц.
Экзосфера(до 1500—2000 (3000) км). Здесь происходит рассеивание (диссипация) атмосферных газов в космическое пространство.
Гидросфера
Гидросфера — прерывистая водная оболочка Земли. Располагается между атмосферой и литосферой и включает в себя все океаны, моря, озера, реки, а также подземные воды, льды, снега полярных и высокогорных районов. Гидросферу делят на поверхностную и подземную.
Поверхностная гидросфера — водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов. Поверхностная гидросфера покрывает земную поверхность на 70,8 %.
Подземная гидросфера — включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры.
По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает 0,13 %. Основную часть гидросферы (96,53 %) составляет Мировой океан. На долю подземных вод приходится 1,69 % от общего объема гидросферы, остальное — воды рек, озер и ледников.
Более 98 % всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и др., пресных вод — около 2 % - Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится всего лишь 0,3 % объема гидросферы.
Литосфера и внутреннее строение Земли
Во внутреннем строении Земли выделяют три основных слоя: земную кору, мантию и ядро.
Земная корарасполагается в среднем до глубины 35 км (до 5—15 км под океанами и до 35 км под континентами). В состав земной коры входят все известные химические
элементы.
Мантиярасполагается между земной корой и ядром и распространяется до глубины 2900 км. Здесь преобладают кислород, железо, магний, никель. Внутри мантии с глубины 50—100 км под океанами и 100-250 км под континентами начинается слой вещества по состоянию близкого к плавлению, так называемая астеносфера.Земная кора вместе с верхним твердым слоем мантии над астеносферой называется ли-тосферой. Литосфера — внешняя твердая оболочка земного шара. Это относительно хрупкая оболочка. Она разбита глубинными разломами на крупные блоки - литосферные плиты, которые медленно перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении.
Ядро располагается ниже мантии на глубине от 2900 км до 6371 км. Оно состоит из железа и никеля.
Строение земной коры.Земная кора сложена из горных пород, которые, в свою очередь, состоят из минералов. Минерал — природное тело однородного химического состава, обладающее во всей своей массе одинаковыми физическими свойствами. Горные породы - геологические образования, состоящие из минералов и обладающие относительно постоянными химическим составом и свойствами.
По способу образования горные породы делят на магматические, метаморфические и осадочные.
Магматические породы образуются из жидкого силикатного расплава магмы при ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от места ее остывания магматические породы разделяют на глубинные и излившиеся. К магматическим породам относят гранит, габбро, базальт и т.д.
Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород под влиянием процессов метаморфизма — под действием высоких температур, давлений и активных флюидов (горячих газов и растворов) в средних слоях литосферы. К метаморфическим породам относят сланцы, гнейс, мрамор и т.д.
Осадочные породы образуются в поверхностной частикоры в результате разрушения, переотложения и преобразования на поверхности Земли и на дне водоемов
ранее существовавших пород. Они делятся на: механические (обломочные), химические (хемогенные) и органические (органогенные). Механические (обломочные) осадочные породыобразуются в результате механического разрушения магматических и метаморфических пород. В зависимости от размера частиц, слагающих породу, выделяют грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), пылеватые и глинистые породы. Химические осадочные породы образуются за счет выпадения осадка при перенасыщении растворов. К ним относятся известняк, доломит, каменная соль и т.д. Органические (биохимические) осадочные породыобразуются в результате жизнедеятельности организмов. К ним относятся органогенные известняки, мел, торф, нефть, уголь и т.д.
Доля различных горных пород в земной коре неодинакова. Более 70 % приходится на магматические породы, около 17 % - на метаморфические и лишь чуть больше 12 % — на осадочные.
Земная кора неодинакова по составу, строению и мощности. Различают континентальную, океаническую и промежуточную коры. Континентальная (материковая) кора покрывает третью часть земного шара, она присуща континентам, включая их подводные окраины, имеет толщину 35—70 км и состоит из 3 слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Океаническая корарасполагается под океанами, имеет толщину 5—15км и состоит из трех слоев: осадочного, базальтового и габбро-серпентинитового. Промежуточная (переходная) кораимеет черты как континентальной, так и океанической коры.
Самыми крупными структурными элементами земной коры являются материки, включая их подводные окраины, и океаны. Основная их часть принадлежит спокойным участкам (платформам), меньшая — подвижным участкам (геосинклиналям).
Геосинклинали - обширные подвижные участки земной коры с разнообразными по интенсивности и направленности тектоническими движениями. В своем развитии геосинклинали проходят два этапа: первый (более продолжительный) характеризуется погружением и морским режимом (при этом формируется океаническая земная кора), второй (менее продолжительный) — интенсивным поднятием и горообразованием (при этом формируется материковая земная кора). Первый этап связан с расхождением литосферных плит, второй — с их сближением и столкновением.
Платформы— обширные устойчивые, преимущественно равнинные блоки земной коры. Платформы бывают материковые и океанические с соответствующим типом земной коры. Материковые платформы имеют нижний ярус — Фундамент (образован метаморфическими и магматическими породами) и верхний ярус — осадочный чехол (образован осадочными породами). Различают древние платформы (фундамент образовался в докембрии) и молодые (фундамент образовался в палеозое). Древние платформы разделены между собой геосинклинальными поясами.
Горы в основном соответствуют геосинклинальным поясам разного возраста, равнины — древним и молодым
Почвенный покров.
Педосфера(почвенный покров) - оболочка Земли, образуемая почвенным покровом; верхняя (дневная) часть литосферы на суше. Почва — это поверхностный горизонт земной коры, образующий небольшой по мощности слой. Она формируется в результате взаимодействия, так называемых факторов почвообразования: климата, организмов, почвообразующих пород, рельефа местности, возраста страны (времени), хозяйственной деятельности человека. Так как эти факторы почвообразования и их сочетания неодинаковы в различных частях Земли, то и мир почв также отличается широким разнообразием. Каждая почва отличается особым строением и отражает местные природные условия.
Академик В.И. Вернадский назвал почву «благородной ржавчиной Земли». Это тончайшая поверхностная оболочка суши. Верхняя граница почвы — поверхность раздела между почвой и атмосферой, нижняя граница — глубина проникновения почвообразовательных процессов. Мощность (толщина) современных зональных почв около
80—150 см, с колебаниями от нескольких сантиметров до 2,5-3,0 метра.
Почва является неотъемлемым компонентом наземных биогеоценозов. Она осуществляет сопряжение (взаимодействие) большого геологического и малого биологического круговоротов веществ. Почва — уникальное по сложности вещественного состава природное образование. Вещество почвы представлено четырьмя физическими фазами: твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и живой (организмы). Для почв характерна сложная пространственная организация и дифференциация признаков» свойств и процессов.
Важнейшее свойство почв — плодородие — способность почв удовлетворять потребность растений в элементе питания и воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством тепла и воздуха для нормальной деятельности и создания урожая.
Природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием факторов почвообразования называется почвообразовательным процессом, или почвообразованием. Он представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии в почтенной толще. Наиболее существенные слагаемые почвообразовательного процесса следующие:
1) превращение (трансформация) минералов горной породы, из которой образуется сама почва, а в дальнейшем и самой почвы;
2) накопление органических остатков и их постепенная трансформация;
3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо-минеральных соединений;
4) накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных элементов, прежде всего элементов питания;
5) передвижение продуктов почвообразования с током влаги в профиле
почвы.
Тип почвы — группа почв, развивающихся в однотипно-сопряженных биологических, климатических, гидрологических условиях и характеризующихся ярким про-
явлением основного процесса почвообразования при возможном сочетании с другими процессами.
Почвенный покров Земли составляют в основном следующие почвы: арктические, тундровые, подзолистые, дерновые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные, бурые, лесные, серые лесные, черноземные, каштановые, бурые, полупустынные, сероземы, желтоземы, красноземы, коричневые, серо-коричневые, ферралитные, латеритные, а также солончаки, солонцы, солоди, болотные, пойменные, песчаные и горные почвы и др.
Морфологические признаки почв.Почвы обладают так называемыми морфологическими признаками, по которым их можно отличить от горной породы или одну почву от другой, а также приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса. Главные морфологические признаки почвы: строение почвенного профиля, мощность почвы и ее отдельных горизонтов, окраска, структура, гранулометрический состав, сложение, новообразования и включения.
Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами называется строением почвы. Совокупность генетических горизонтов образует почвенный профиль — определенную вертикальную последовательность генетических горизонтов почвы. Генетические почвенные горизонты — это однородные, обычно параллельные поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам. Каждому почвенному типу свойственно свое сочетание горизонтов.
Поверхностные горизонты.
Горизонт А0 — лесная подстилка или степной войлок. Представляет собой спад растений на различных стадиях разложения — от свежего до полностью разложившегося. Это самая верхняя часть почвенного профиля. Встречается только в естественных почвах.
Горизонт А — гумусовый горизонт. Чаще всего наиболее темноокрашенный горизонт в верхней части почвенного профиля, в котором происходит накопление органического вещества в форме гумуса, тесно связанного с минеральной частью почвы. Цвет этого горизонта варьируется от черного, бурого, коричневого до светло-серого, что зависит от состава и количества гумуса. Мощность гумусового горизонта колеблется от нескольких сантиметров до 1,5 м и более.
Горизонт Т - торфяный горизонт. Содержание органического вещества — более 70 % со степенью разложенности менее 50 %. Поверхностный органогенный горизонт с содержанием органического вещества от 30 до 70 %, состоящий из разложенных органических остатков (степень разложения — больше 50 %) и гумуса с примесью минеральных компонентов, называют перегнойным горизонтом.
Горизонт Ад - дерновый. Горизонт, в котором живых корней растений более 50%.
Горизонт Ап или Апах— пахотный. Горизонт, измененный продолжительной сельскохозяйственной обработкой, сформированный из различных почвенных горизонтов на глубину вспашки — обычно 25—30 см. Встречается только в пахотных почвах.
Горизонт А1 — минеральный гумусово-аккумулятивный. Встречается в почвах, где происходит разрушение алюмосиликатов и образование подвижных органо-минеральных веществ. Верхний темноокрашенный горизонт, содержащий наибольшее количество органического вещества.
Подповерхностные горизонты.
Горизонт А2 — элювиальный (подзолистый или осолоделый). Формируется под влиянием кислотного или щелочного разрушения минеральной части. Это сильно осветленный, бесструктурный или слоеватый рыхлый горизонт, обедненный гумусом и другими соединениями, а также илистыми частицами за счет вымывания их в нижележащие слои и относительно обогащенный остаточным кремнеземом.
Горизонт В — переходный или иллювиальный. В первом случае (черноземный тип почвообразования) в этом горизонте не наблюдается существенных перемещений веществ в почвенной толще, горизонт В является переходным слоем к почвообразующей породе, характеризуется постепенным ослаблением процессов аккумуляции гумуса, разложения первичных минералов. Во втором случае (подзолистый тип почвообразования) горизонт В располагается под элювиальным горизонтом и представляет со-
бой бурый, охристо-бурый, красновато-бурый, уплотненней и утяжеленный, хорошо оструктуренный горизонт, характеризующийся накоплением глины, окислов железа и алюминия и других коллоидных веществ за счет вмывания их из вышележащих горизонтов.
Горизонт G- глеевый. Характерен, для почв с постоянно избыточным увлажнением (болотных, тундровых, аллювиальных и др.), которое вызывает восстановительные процессы в почве и придает горизонту характерные черты — сизую, серовато-голубую или грязно-зеленую окраску, наличие ржавых и охристых пятен, слитость, вязкость и т.д.
Подпочвенные горизонты.
Горизонт С - материнская (почвообразующая) горная порода. Из этой породы сформировалась данная почва. На этой глубине порода уже не затронута специфическими процессами почвообразования (аккумуляцией гумуса, элювиированием и т.д.).
Горизонт Д - подстилающая горная порода. Эта порода залегает ниже материнской (почвообразующей) и отличается от нее по своим свойствам (главным образом политологии). Встречается только в случае перекрывания горных пород.
Экологически значимые свойства и признаки почв.
Наиболее важными с экологической точки зрения свойствами и признаками почв являются следующие: мощность почвы, гранулометрический состав, структура, сложение, плотность, содержание гумуса, влажность, состав почвенного раствора, кислотность, буферность и др.
Мощность почвы - толщина ее от поверхности вглубь до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы.
Гранулометрический состав - относительное содержание в почве твердых частиц (механических элементов) разной величины. По гранулометрическому составу почва
может быть: песчаная (рыхло-песчаная, связно-песчаная), супесчаная, суглинистая (легкосуглинистая, среднесуглинистая, тяжелосуглинистая), глинистая (легкоглинистая,
среднеглинистая, тяжелоглинистая).
Структура почвы — взаимное расположение структурных отдельностей (агрегатов) определенных формы и размеров. Агрегаты состоят из соединенных между собой частиц (механических элементов). Почва может быть структурной и бесструктурной.
Сложение — взаимное расположение и соотношение структурных отдельностей и пор в почве. Это внешнее выражение плотности и пористости почвы. По плотности почвы делят на: очень плотные, плотные, рыхлые, рассыпчатые. Пористость характеризуется формой и размерами пор внутри структурных отдельностей или между
ними. В зависимости от размера и расположения пор внутри структурных отдельностей различают следующие типы сложения: тонкопористое, пористое, губчатое, ноздреватое (дырчатое), ячеистое, трубчатое. При расположении пор между структурными отдельностями в сухом состоянии различают следующие типы сложения: тонкотрещи-
новатое, трещиноватое, щелеватое.
Органическое веществопочвы состоит из растительных и животных остатков, не утративших анатомического строения, (5—10 % общего содержания органического вещества) и гумуса. Гумус — основная часть органического вещества почвы, полностью утратившая черты анатомического строения. Гумус делится на 2 большие
группы веществ: неспецифические органические соединения (единицы процентов общего содержания органического вещества) — углеводы, аминокислоты, белки, органические кислоты и др. и специфические органические соединения (80-90 % общего содержания органического вещества) — фулъвокислоты, гуминовые кислоты, гумин и др. Почвы разных типов и различных уровней окультуренности существенно отличаются по количеству и качеству органического вещества.
Влажность почвы содержание влаги в процентах к массе сухой почвы. Вода может находиться в почве в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (пар), и может быть доступна живым организмам. Влажность не является устойчивым признаком почвы. Она зависит от многих факторов: метеорологических условий, уровня грунтовых вод, гранулометрического состава почвы, характера растительности и т.д.
Почвенный раствор — находящаяся в почве влага, содержащая в растворенном состоянии органические и минеральные вещества и газы. По составу и концентрации
почвенного раствора почвы делят на незасоленные(концентрация почвенного раствора невелика и сухой остаток водной вытяжки не превышает 0,25 %) и засоленные(высокая концентрация почвенного раствора и сухой остаток водной вытяжки превышает 0,25 %).
Кислотность почв — способность почвы подкислять почвенный раствор, вследствие наличия в составе почвы кислот (актуальная кислотность), а также обменных катионов водорода, алюминия и некоторых других металлов (потенциальная кислотность).
Щелочность почв - способность почвы подщелачивать почвенный раствор, вследствие наличия в составе почвы гидролитически щелочных солей (актуальная щелочность), а также обменного натрия (потенциальная щелочность).
Буферностъ почв — способность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора, а следовательно, и щелочно-кислотного состояния, окислительно- восстановительного состояния и др.
Экологические функции почв.Почва является неотъемлемой частью любого наземного биогеоценоза и биосферы в целом. При этом она выполняет ряд экологических функций, в т.ч. глобальных биосферных, обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Земле. Экологические функций почвы можно разделить на две большие группы: экосистемные (биогеоценотические) функции почвы и глобальные (биосферные) функции почвенного покрова. Почва, будучи составной
частью любого наземного биогеоценоза, выполняет роль биогеоценотических функций. Почвенный покров, являясь неотъемлемым компонентом биосферы, выполняет ряд биосферных функций.
Биосферные функции почвенного покрова следующие:
1) среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши;
2) сопряжение большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности;
3) регулирование химического состава атмосферы и гидросферы;
4) защитный барьер биосферы;
5) обеспечение существования жизни на Земле.
Кроме экологических функций по отношению непосредственно к человеку почва осуществляет еще одну функцию - сельскохозяйственную. Она является главным средством сельскохозяйственного производства. В основе и экологических, и сельскохозяйственных функций почвы лежит ее важнейшее свойство — плодородие. Следствием снижения почвенного плодородия в результате различных деградационных процессов является падение продуктивности естественных и агрокультурных ландшафтов. Это создает угрозу продовольственной безопасности человечества.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 753; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!