Геосфера как биологическая оболочка Земли

Министерство образования и науки Российской Федерации

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ





КАФЕДРА «ФИЗИКА»







РЕФЕРАТ по дисциплине

«Концепции современного естествознания»

Тема № 38: «ГЕОСФЕРА КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ

ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ»









Выполнила: 

студентка группы 05Ю1

Мураева Д.Ю.

Проверила: 

доцент Суровицкая Г.В.

















Пенза 2006


Содержание:



		Введение.

		Основная часть.

Строение Земли. 

Истории геосферных оболочек Земли.

Геосферные оболочки и их строение.

Асимметричность процессов, протекающих в геосферах.

Современные концепции развития геосфер.

III. Заключение.


I. Введение



Физические, космологические, химические концепции подводят вплотную к представлениям о Земле, ее происхождении, строении и разнообразнейших свойствах. Комплекс наук о Земле обычно называют геологией (греч. geо - Земля). Земля - место и необходимое  условие существования человечества. По этой причине геологические концепции имеют для человека насущнейшее значение. Геологические концепции возникают не самопроизвольно, они являются итогом кропотливейших научных изысканий.

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.

II. Основная часть



1. Строение Земли



О строении Земли геологи судят в основном по сейсмическим данным, получаемым при регистрации колебаний, вызываемых землетрясениями и атомными взрывами. При этом учитывается скорость передачи колебаний, а также тот факт, что продольные волны распространяются в любой среде - жидкой, твердой, газообразной, а поперечные лишь в средах, обладающих большой упругостью, т.е. в твердых объектах. Продольные волны связаны со сжатием среды (любой). В поперечной волне частицы среды колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения продольной волны. Поперечные волны связаны с деформацией сдвига упругой среды. Примером поперечных волн являются колебания, распространяющиеся вдоль струн музыкальных инструментов. 

Итак, сейсмические данные позволяют судить о пространственных параметрах Земли и ее структурных компонентов, равно как о их агрегатном состоянии. Важные сведения о строении Земли получены также в результате сверхглубокого бурения (Кольская скважина имеет глубину более 12 км).

В глобальном масштабе форма Земли лучше всего аппроксимируется эллипсоидом вращения - равновесной фигурой вращающейся однородной жидкости. Форма Земли (геоид) незначительно отличается от сфероида вращения. Именно поэтому географические глобусы изготавливают в форме шаров. У современной Земли полярный радиус Rп = 6356, 78 км, а экваториальный Rэ = 6378, 16 км. Масса Земли Мз = 5,98  1024 кг, а средняя плотность ρз = 5, 52 г/см 3.

Строение Земли очень сложное, оно постоянно детализируется. Поскольку Земля имеет форму шара, то ее структурные части обычно представляют в виде сферных оболочек, число которых растет вместе с развитием геологического знания. Для начала рассмотрим внутренние геосферные оболочки.

Первоначально Земля многими людьми воспринималась как твердый шар, более или менее однородный. Затем, в частности в связи с желанием осмыслить огненные выбросы вулканов, возникло представление о двухступенчатой структуре Земли: внутренняя оболочка, мантия, покрыта земной корой. Переход к трехступенчатой структуре Земли был связан с выделением ядра Земли. Дальнейшая дифференциация представлений о структуре Земли оказалась связанной с выделением ее своеобразных подоболочек.

Согласно современным воззрениям, ядро Земли состоит из внутреннего и внешнего ядра. Мантия Земли состоит из верхней, средней и нижней мантии, отделенных друг от друга разделами. Что касается земной коры, то она отделена от верхней части мантии, превратившейся в результате остывания в горную породу, разделом Мохоровичича. Земная кора, раздел Мохоровичича и упомянутая верхняя часть мантии образуют литосферу (от греч. litos - камень). К литосфере примыкает астеносфера (от греч. astenes - слабый), слой пониженной вязкости в верхней части мантии Земли. Над земной корой находится атмосфера, а области океанов, морей, озер и рек образуют гидросферу. Магнитное поле Земли образует ее магнитосферу. 

Итак, восхождение от центра Земли к ее периферии связано с пересечением следующих геосферных оболочек:

внутреннего ядра Земли;

внешнего ядра Земли;

нижней мантии Земли;

средней мантии Земли;

верхней мантии Земли;

астеносферы;

нижнего слоя литосферы;

раздела Мохоровичича;

земной коры (верхнего слоя литосферы);

10) гидросферы;

11) атмосферы;

12) магнитосферы.


2. Истории геосферных оболочек Земли



Истории эволюции геосферных оболочек Земли сопряжены друг с другом, но каждая из этих историй имеет свои весьма своеобразные этапы. 



ИСТОРИЯ ЯДРА ЗЕМЛИ

Формирование ядра Земли началось примерно 4,6  10 9 лет назад (отсчет времени ведется по направлению от прошлого к современности). Соответствующие расчеты показывают, что оно особенно интенсивным было в период 3 - 2,6  10 9 лет тому назад. После 2,6 млрд лет наращивание массы земного ядра начало резко, а потом плавно убывать. В наши дни масса ядра увеличивается, согласно расчетам, на 130 млрд т в год. «Металлическое железо» покинуло мантию Земли примерно 500 млн лет тому назад, оставшийся в ней магнетит (Fe 3O4) распадается: 2Fe3О4→ 3FeO + 5O, при этом FeO переходит во внешнее ядро Земли. Остывание Земли приведет к частичному или полному затвердеванию, как ее мантии, так и ядра. Дальнейшая судьба нашей планеты будет зависеть в первую очередь от Солнца - перехода его в состояние белого карлика, что будет сопровождаться гигантским выбросом излучения, которое «опалит» Землю.

Из всех геосферных оболочек наибольшие шансы уцелеть в «солнечной парилке» имеет как раз земное ядро. Оно, надо полагать, разогреется, затем вновь остынет и станет космическим путешественником, который либо под действием излучения будет медленно рассеиваться, либо, по случаю, угодит «в топку» неведомой нам звезды.



ИСТОРИЯ МАНТИИ ЗЕМЛИ

По своему вещественному составу мантия планеты наиболее близка к составу первичного вещества Земли. Тем не менее, именно в ней процессы химико-плотностной дифференциации идут наиболее энергично: на протяжении 4 млрд лет она проходит все новые стадии своего вещественного обеднения. Тяжелое вещество уходит к центру планеты - в ее ядро. Легкие элементы перемещаются в лито-, атмо-, и гидросферу. Из мантии Земли полностью исчезли FeS, Fe, Ni, по сравнению с составом первичной Земли она существенно обеднела легкими веществами (Ka2O, Na2O, N2 , H2 и др.). Вместе с тем происходящая в мантии химико-плотностная дифференциация приводит к росту в процентном содержании окислов кремния (SiO2) и магния (MgO). В сумме эти два окисла составляют около 83% состава современной мантии (против 57% в составе первичного вещества Земли).

Современная мантия вся охвачена мощными конвективными движениями, за счет которых тепловая энергия ядра и мантии передается другим геосферным оболочкам. Теплопотери Земли неизменно приведут к ее остыванию и переходу мантии в твердое, литосферное состояние. Переход Солнца в состояние белого карлика, видимо, будет связан с испарением значительной части литосферы,которая к тому времени будет составлять в фазовом отношении единое целое с затвердевшей мантией планеты.



ИСТОРИЯ ЛИТОСФЕРЫ

Литосфера образуется в процессе остывания и кристаллизации частично расплавленного вещества мантии Земли. Ее часто называют «силикатным льдом». Имеется в виду, что литосфера, состоящая в основном из силикатов, т.е. солей кремниевых кислот, содержащих SiO4, формируется подобно образованию льда при замерзании воды. Ее формирование началось 4 - 3,5 млрд лет тому назад. Около 2 млрд лет ушло на формирование суперконтинента Пангеи. Последующая тектоническая деятельность Земли приводит к раскалыванию Пангеи и образованию новых суперконтинентов.

Современная история литосферы связана прежде всего с тектоникой океанических плит. При раздвижении литосферы вещество астеносферы внедряется в разломы рифтовых зон и, охлаждаясь, образует молодую океаническую литосферу. Океаническая кора способна надвигаться на концы континентальных плит, в результате чего образуются складчатые структуры. Обломки океанических литосферных плит, увлекаясь мантийными потоками, опускаются вплоть до ядра Земли, перемешиваются с другим мантийным веществом и вновь поднимаются на поверхность. Так осуществляются циклы тектонической деятельности Земли. В далеком будущем непременно произойдет их замедление вплоть до полной остановки. 



ИСТОРИЯ ГИДРОСФЕРЫ

Молодая Земля была лишена гидросферы. Последняя появилась благодаря дегазации Земли, инициируемой изливавшимися на ее изначальную поверхность мантийными расплавами, которые, попав в условия с минимальным давлением, вскипали (как известно, температура кипения тем ниже, чем меньше давление) и выделяли летучие вещества, в том числе пары воды. Чем сильнее нарастали конвективные явления в мантии, тем чаще и в большей массе извергались на поверхность Земли потоки магмы, тем больше становился объем первоначально неглубокого океана. Из-за поглощения части воды океанической, а также континентальной корой глубина океана увеличивалась медленно. И лишь после полного насыщения водой серпантинового слоя океанической коры, а произошло это около 2,2 млрд лет назад, дно океана стало быстро опускаться (до средней глубины современного океана).

Наибольший приток воды происходил в период охвата конвективными движениями всей мантии Земли, т.е. около 2,6 млрд лет назад. Приток воды в Мировой океан имеет место и в наши дни, он будет продолжаться  в дальнейшем. Ослабление тектонической активности Земли, остывание ее мантии, образование в этой связи особо глубоких океанических впадин и поглощение части воды глубоко залегающими осадочными породами океанической литосферы приведет к тому, что будут вновь видны срединно-океанические хребты. Превращение Солнца в белый карлик приведет через 5 млрд лет к такому могучему потоку излучения, что он испарит весь Мировой океан. Возникшему однажды, ему не суждено существовать вечно.


ИСТОРИЯ АТМОСФЕРЫ

Согласно неклассической концепции глобальной эволюции Земли, история атмосферы связана с дегазацией планеты отнюдь не меньше, чем история гидросферы. Полагают, однако, что уже на ранних этапах своей эволюции (4,7 - 4 млрд. лет назад) Земля, еще не приобретя гидросферы, уже обладала атмосферой, но крайне разряженной. Она, видимо, состояла главным образом из летучих соединений, которые распространены в космосе, т.е. H2, He, N2, CH4, NH3, H2O, CO2, CO. Рождение плотной атмосферы оказалось связанным с выделением тех летучих соединений, которые попали на Землю в связанном состоянии: вода - с гидросиликатами, азот - с нитридами и нитратами, углекислый газ - с карбонатами и т. д. Подлинным динамическим источником атмосферы Земли оказалась ее начавшаяся активная дегазация (4 млрд лет назад). Около 3 млрд лет назад земля была окутана плотной, состоящей в основном из азота (N2) и углекислого газа (CO2) атмосферой с давлением до 4 атм. Последующая история Земли связана в основном со своеобразной «заменой» углекислого газа на кислород.

Насыщение серпентинового слоя океанической коры водой сопровождалось связыванием CO2 в карбонатах (доломитах). Можно показать, что при избытке углекислого газа в атмосфере реакции гидротации сопровождаются его связыванием в карбонатах. Типичная в этом смысле реакция выглядит следующим образом:

Mg2SiO4 + 4H2O + 2CO2 → Mg6[Si4O10](OH)8 + 2MgCO3.

Оливин  Серпентин  Магнезит  Серпентинит

Серпентинизация океанической коры привела к «извлечению» углекислого газа из атмосферы, его парциальное давление снизилось почти до современного. Обеднение атмосферы CO2 - газом, который задерживает инфракрасное (тепловое) излучение Земли, привело к резкому снижению приземной температуры (с 90 до 6 ˚С). Сопровождалось это (2,4 млн лет назад) грандиозным оледенением. 

Активную роль в извлечении углекислого газа из атмосферы сыграли также зеленые растения и фотосинтезирующие микроорганизмы. Речь идет о процессе фотосинтеза, суммарное выражение которого, как известно, выглядит следующим образом:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Хлорофилл (фотосинтез проходит с участием хлорофилла, поглощающего кванты света).

Насыщение атмосферы кислородом происходило также благодаря фотодиссоциации паров воды коротковолновым излучением Солнца

H2O → HO + O

и галогенизации окислов щелочных и щелочноземельных металлов

Na2O + 2Cl → 2NaCl + O; CaO + 2F → CaF2 + O

(галогенами являются хлор и фтор).

В насыщении атмосферы кислородом доминирует биогенез, а аутсайдером является галогенез.

Далеко не весь кислород переходил непосредственно в атмосферу. Его мощным поглотителем являлось свободное железо:

2Fe + O2 → 2FeO.

Свободное железо исчезло из мантии Земли около 600 млн лет назад. Это способствовало росту выхода кислорода в атмосферу, что благоприятствовало быстрому развитию многоклеточных организмов.

В современных условиях выделяющийся в мантии кислород частично поглощается: 

3FeO + O → Fe3O4.

Расчеты показывают, что через 600 млн лет содержащееся в мантии железо окажется в состоянии магнетита (Fe3O4). Магнетит устойчив в мантии, но при переходе в ядро Земли оно распадается:

2Fe3O4 → 3FeO +5O.

Свободный кислород, не встречая препятствий, через рифтовые зоны устремится в атмосферу. Это, согласно расчетам, приведет к быстрому росту давления атмосферы (10 атм), приземная температура достигнет 250 ˚С. После вскипания воды океанов давление возрастет до 350 атм, а приземная температура достигнет 450 ˚С. В новых обстоятельствах жизнь окажется невозможной. История жизни атмосферы прервется через 5 млрд лет, после взрыва Солнца. Атмосфера не сможет противостоять солнечному излучению и будет им испарена.


3. Геосферные оболочки их строение.



Земных оболочек, или геосфер, выделяют очень много. 

Внутреннее ядро Земли представляет собой шар диаметром 2500 км и имеет кристаллическую структуру. Сейсмологи заметили, что волны землетрясений, пробегающие планету от края до края, затрачивают на свой путь в зависимости от его направления различные промежутки времени. Это обстоятельство согласуется с расчетами, которые показывают, что внутреннее ядро Земли, являясь кристаллом, обладает анизотропными свойствами, оно пропускает сейсмические волны в одном направлении с большей скоростью, чем в другом. Разумеется, речь идет о весьма специфическом кристалле. Его температура превышает 4000 ˚С, но благодаря гигантскому давлению он сохраняет свою кристаллическую природу. Внутреннее ядро Земли более чем на 90% состоит из железа. 

Американские геофизики Рональд Кохен и Ларс Штихруде опубликовали эту гипотезу в научном журнале «Science» (США). Они пишут, что гипотеза может объяснить многие свойства нашей планеты, кажущиеся пока загадочными. Например, некоторые особенности магнитного поля или поведение во время переполюсовки, т.е. когда Северный магнитный полюс становится Южным и наоборот, что бывало неоднократно. 

Гипотезе о сверхкристалле внутри планеты (авторы сравнивают его с бриллиантом в центре Земли) привлекла внимание сейсмологов, которые заметили, что волны землетрясений затрачивают на свой путь на 4 секунды больше, нежели сейсмические волны, идущие от полюса до полюса.

Расчеты геофизиков показали, что кристалл, ионы которого расположены в гексагональной структуре и плотно прижаты друг к другу, пропускают через себя сейсмические колебания, идущие сверху или снизу, с большей скоростью, нежели волны, проходящие с боковых направлений. Всем кристаллам присуща анизотропия: их физические свойства различны по разным направлениям. Вдоль оси или поперек нее кристалл проводит тепловые и звуковые колебания по-разному. Если бы земное ядро состояло из множества кристаллов, анизотропия была бы погашена разноориентированными кристаллами. Но опыты Р. Кохена и Л. Штихруде отчетливо показали проявление анизотропии. Значит, можно говорить о том, что внутренне ядро Земли - единый, целый кристалл.

Внешнее ядро Земли находится в жидком состоянии (в нем затухают поперечные волны) и в основном содержит железо, его окислы, а также примеси более легких веществ - кремния, серы.

Железная составляющая ядра Земли ответственна за земной магнетизм. А энергичное конвективное движение внутри внешнего ядра объясняет неоднократные изменения магнитной полярности нашей планеты, о чем свидетельствуют палеомагнитные данные. Древние породы «запоминают», фиксируют направленность магнитного поля Земли. Исследования этих пород показывают, что северный и южный магнитный полюса неоднократно менялись местами.

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. 


4. Асимметричность процессов, протекающих в геосферах



Поверхность Земного шара и процессы, протекающие в его оболочках, обладают ярко выраженной асимметричностью, которую удобнее рассмотреть на ряде примеров.

1. Возьмем глобус, сделанный из мягкого материала (папье-маше, поролона), и будем протыкать его длинной спицей насквозь так, чтобы спица проходила через центр глобуса. Тогда если мы войдем в глобус та, где суша, то обязательно выйдем там, где море. То есть участки суши и участки моря симметричны относительно центра Земного шара. Следует отметить, что мелководные прибрежные зоны морей (шельфы) и глубоководные регионы Мирового океана будут симметричны относительно центра Земного шара. Особенно наглядны в этом смысле Арктика и Антарктика. В центре Арктики находится океан, покрытый в основном плавающим льдом, который к тому же активно перемещается в пределах Северного Ледовитого океана. Так, например, «папанинская четверка», высаженная в июне 1937 г. на Северном полюсе, в феврале 1938 г. оказалась в Гренландском море - этот путь проделала выбранная для дрейфа льдина. 

2. Тепловой режим Северного и Южного полушарий асимметричен. Тепловой экватор, т.е. линия, соединяющая точки на Земном шаре, где наблюдается максимальная среднегодовая температура, смещены от географического экватора к северу в среднем на 10˚. Таким образом, северное полушарие более теплое, чем Южное. Действительно, в Северном полушарии самая низкая температура составляет -70˚С, а в Южном полушарии -90˚С. Кроме того, в Южном полушарии расположен абсолютный полюс ветров (в Антарктиде) и «ревущие сороковые» широты - зона постоянных бурь и ураганов.

Над Арктикой и Антарктикой Земля теряет большую часть своего уходящего в космос тепла. Арктика включает в себя окраины материков Евразии и Северной Америки и почти весь Северный Ледовитый океан со всеми его островами (кроме норвежских), а также прилегающие части Атлантического и Тихого океанов. Среднелетние температуры в Арктике не превышают 10˚С. Антарктида - самый высокий материк. Средняя высота его - 2040 км. Средняя толщина льда - более 1740 км. Только 2% площади материка свободно ото льда.

3. Тепловой режим Восточного и Западного полушарий также асимметричен. В Америке, например, климат гораздо более умеренный, чем в Азии. Это объясняется тем, что основные горные хребты Азии расположены по параллелям (Тянь-Шань, Гималаи), и воздушные массы, поднимающиеся в экваториальной части Азии, не могут продвигаться на Север в полном объеме. Поэтому так резко климаты Индостана, Индокитая отличаются от климата Монголии, Маньчжурии, где значительные части территорий содержат в себе многолетнемерзлые грунты. При дальнейшем продвижении на Север есть и вторая цепь горных хребтов, расположенных по параллелям (Становой и Яблоневый хребты). Вследствие этого в Восточной Сибири зимой имеет место устойчивый антициклон и, как следствие этого, - низкие отрицательные температуры. 

В западном полушарии больше воды, чем в Восточном, и это смягчает американский климат. Кроме того, Северная Америка с обеих сторон омывается мощными течениями (Гольфстримом и Северным Тихоокеанским).


5. 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.


ΙΙΙ. 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.


Использованная литература:



		В. А. Канке. Концепции современного естествознания. М.: Логос, 2004.

		Забелин И. М. Физическая география в современном естествознании: вопросы истории и теории. М.: Наука, 1978.

		Остроумов Г. Анатомия земного шара, какой она представляется сегодня // Наука и жизнь. 1996. №6.

		Резанов И. А. История взаимодействия наук о Земле. М.: Наука, 1998.

		Фишер Д. Рождение Земли. М.: Мир, 1990.





2