Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

следующей химической дифференциации. Выплавление

железе

стых масс из разных горизонтов первичной Земли и их стекание

в центральные области было процессом, протекавшим

асиммет^

рично, что в дальнейшем определило асимметричный характер]

коры и верхней мантии.

Уровень современных знаний не позволяет точно утверждать,

какая из приведенных нами теорий соответствует действитель-

ности, хотя специалисты в наши дни склоняются больше ко вто-

рому

варианту,

г,™-*-

..,„.„„„

Его результатом стало формирование самых

©ОЛОГИЧССКО6

—»

пи

цтц|1

верхних оболочек

-Земли

— атмосферы, гид-

росферы и литосферы.

Ло

произошло в ре-

зультате остывания поверхности Земли и привело к образова-

нию первичной базальтовой или близкой к ней по составу коры |

Земли. Почти одновременно за счет конденсации водяных паров |

образовалась водная оболочка планеты — гидросфера.

Образование литосферы. Повторное плавление коры либо под

влиянием мантийных струй, либо в зонах подлезания привело к

возникновению островов протоконтинентальной коры, сложен-

ной так называемыми серыми гнейсами, распространенными во

всех древних щитах. Им соответствуют наиболее древние из-

вестные породы с возрастом 4—3,2 млрд лет.

Позднее, около 3,5 млрд лет назад, на первичной остаточной

или на вторичной коре, образованной при растяжении океани-

ческой коры над зонами подлезания (столкновения литосфер-

ных плит и подлезания их друг под друга), начали формировать-

ся вулканические дуги. В результате примерно 2,7—2,5 млрд лет

назад возникли значительные площади континентальной коры,

которые, по-видимому, слились в единый суперконтинент —

первую Пангею в истории Земли. Толщина этой коры уже дос-

тигала современной толщины (35—40 км). Ее нижняя часть под

влиянием высоких давлений и температур испытывала значи-

тельные превращения, а на средних уровнях произошло выплав-

ление больших масс гранита.

• Следующий важный момент в развитии Земли имел место

примерно 2,5 млрд лет назад. Возникший на предыдущем этапе

суперконтинент — первая Пангея — претерпел существенные

изменения и 2,2 млрд лет назад распался на отдельные, относи-

тельно небольшие континенты, разделенные бассейнами с но-

вообразованной океанической корой. Отдельные следы этих

этапов в тектонике плит можно обнаружить и сейчас. При этом

первый этап, до возникновения Пангеи, принято называть эм-

326

бриональной

тектоникой плит, а второй этап — тектоникой ма-

лых плит. К концу данного периода, около 1,7 млрд лет назад,

континенты вновь слились в единый суперконтинент. Образова-

лась

Пангея-П.

Ее распад начался около 1 млрд лет назад, хотя

частичные разъединения и воссоединения могли иметь место и

до

этого.

В интервале 1—0,6 млрд лет назад структурный план Земли

претерпел радикальные изменения и существенно приблизился

к современному. С этого момента началась полномасштабная

тектоника плит. Она связана с тем, что литосфера Земли раз-

делена на ограниченное число крупных (5 тыс. км) и средних

(1 тыс. км) по размерам поперечника жестких и монолитных

плит, которые расположены на более пластичной и вязкой обо-

лочке — астеносфере. Литосферные плиты стали двигаться по

астеносфере в горизонтальном направлении, образуя раздвиже-

ния и подлезания, которые в среднем компенсируют друг друга

масштабах планеты.

Тогда же возник Тихий океан, наметились прообразы совре-

менной Северной Атлантики и будущего широтного океана Те-

тис, разделившего континенты на северную и южную группу.

Однако к концу указанного периода все континенты вновь сли-

лись в единый суперконтинент. Это была Пангея-Ш.

Таким образом, в истории Земли как планеты неоднократно

происходил процесс формирования и распада Пангеи. Длитель-

ность таких циклов составляла 500—600 млн лет. На эту круп-

номасштабную периодичность накладывается периодичность

меньших масштабов, связанная с растяжением и сжатием зем-

ной

коры.

Возникновение атмосферы и гидросферы. Составные части ат-

мосферы, как и гидросферы Земли, являются летучими вещест-

вами. Они поступили на поверхность планеты в результате ее

химической дифференциации. Согласно многочисленным дан-

ным, пары воды и газы атмосферы возникли в недрах Земли и

поступили на ее поверхность в результате внутреннего разогрева

вместе с наиболее легкоплавкими веществами первичной ман-

тии в процессе вулканической активности.

Земля, как и все планеты земной группы, характеризуется

очень малым количеством летучих веществ. Так, масса гидро-

сферы составляет 0,024% общей массы Земли, а масса атмосфе-

ры — лишь 0,00009%.

Вода и углекислый газ как компоненты газопылевого облака

долго пребывали в виде молекул, когда большая часть твердых

327

конденсатов уже сформировалась. Поэтому оставшиеся газы

какой-то мере поглошались пылевыми частицами путем абсорб-

ции и различных химических реакций. Так летучие вещества вне

дрились в планеты земного типа. Из недр Земли они поступаю

на поверхность в результате вулканической деятельности.

Кром

того, как считают

Альвен

и Аррениус, уже в период бомбарди-

ровки Земли планетезималиями, когда шел разогрев и

плавлени

земных пород, выделялись газы и пары воды, содержавшиеся

породах. При этом Земля теряла водород и гелий, но

сохранял;

более тяжелые газы. Таким образом, именно дегазация земных

недр стала источником атмосферы и гидросферы. По некоторым

расчетам, от 65 до 80% общего количества летучих компонентов

Земли выделились в результате ударной дегазации.

Океаническая вода представляет собой уникальный природ-

ный раствор, содержащий в среднем 3,5% растворенных веществ,

что и обеспечивает соленость воды. В воде земных океанов со-

держится множество химических элементов. Среди них важней-

шую роль играют натрий, магний, кальций, хлор, азот, фосфор,

кремний. Эти элементы усваиваются живыми организмами, и их

концентрация в морской воде контролируется ростом и размно-

жением морских растений и животных. Большую роль в составе

морской воды играют растворенные в ней природные газы —

азот, кислород, углекислый газ, которые входят в состав атмосфе

ры и живого вещества суши и моря.

Проблема происхождения океана связана с проблемой про-

исхождения не только воды, но и растворенных в ней веществ.

Гидросфера Земли, как и атмосфера, также появилась в резуль-

тате дегазации недр планеты. Материал океана и вещество атмо-

сферы возникли из общего источника.

Как считается сегодня, первичная атмосфера была близка к

составу вулканических и метеоритных газов. Скорее всего, она

напоминала современную атмосферу Венеры. На поверхность

Земли поступали вода, углекислый газ, метан, аммиак, сера, ко-

торые и составили первичную атмосферу Земли. В целом она

имела восстановительный характер и была практически лишена

свободного кислорода. Хотя незначительное его количество об-

разовывалось под влиянием солнечных лучей из паров воды в

верхних слоях атмосферы.

Мировой океан возник из паров мантийного материала, и пер-

вые порции конденсированной воды были кислыми. Затем поя-

вились минерализованные воды, а собственно пресные воды об-

разовались значительно позже в результате испарения с поверх-

ности первичных океанов в процессе естественной дистилляции.

328

Но состав первичной атмосферы Земли, возникшей в резуль-

тате ударной дегазации и вулканической активности, резко от-

личался от состава современной атмосферы. Эти отличия связа-

ны с наличием жизни на Земле, оказывающей самое существен-

ное воздействие на все процессы, протекающие на нашей плане-

те. Таким образом, химическая эволюция атмосферы и гидросфе-

ры проходила с неизменным участием живых организмов, причем

ведущую роль играли фотосинтезирующие зеленые растения.

Современная азотно-кислородная атмосфера — результат дея-

тельности живых организмов на Земле. То же можно сказать и о

современном составе вод Мирового океана планеты. Поэтому

сегодня

на нашей планете жизнь и преобразованная ею окру-

жающая среда образуют самостоятельную оболочку Земли —

биосферу.

14.3. Геосферы Земли

Итак, формирование Земли сопровождалось дифференциаци-

ей вещества. Результатом этой дифференциации явилось разделе-

ние Земли на концентрически расположенные слои — геосферы,

различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и

физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, ок-

руженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества,

выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией

земная кора — так называемая «твердая* Земля, заключающая в

себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздуш-

ная оболочки нашей планеты. Кроме того, Земля обладает грави-

тационным, магнитным и

электрическими

полями.

Таким образом, можно выделить ряд геосфер, из которых

состоит Земля:

• ядро;

• мантия;

• литосфера;

гидросфера;

• атмосфера;

. магнитосфера.

Кроме того, в отдельных литературных источниках можно

встретить описание и анализ других оболочек — антропосферы,

техносферы, социосферы, но они выходят за пределы естество-

знания.

Геосферы различаются главным образом плотностью состав-

ляющих их веществ. Самые плотные вещества сосредоточены в

329

центральных частях планеты. Ядро составляет

1/3

массы

Земл^,|

кора и мантия — 2/3.

Названные нами земные оболочки взаимосвязаны и прони-

кают друг в друга. Гидросфера всегда присутствует в

литосфере|

и атмосфере, атмосфера — в литосфере и гидросфере и т.д. С'

атмосферой, гидросферой и литосферой взаимодействуют внут-

ренние оболочки Земли. Кроме того, во всех оболочках, кроме

мантии и ядра, присутствует биосфера.

Яаао

Земли

Ядро

занимает центральную область нашей

планеты, Это самая глубокая геосфера. Сред-

ний радиус ядра составляет около 3500 км, располагается оно

глубже 2900 км и состоит из двух частей — большого внешнего

и малого внутреннего ядер. Температура ядра может достигать

4000°С.

Природа внутреннего ядра Земли с глубины 5000 км остается

загадкой. Это шар диаметром 2200 км. Возможно, он состоит из

никелистого железа без примесей серы и находится в твердом 1

состоянии из-за огромного давления.

Судя по геофизическим данным, внешнее ядро представляет ;

собой жидкость, состоящую из расплавленного железа с приме-

сью никеля и серы. Это связано с тем, что давление в этом слое '

меньше. Внешнее ядро представляет собой шаровой слой тол-

ШШЮЙ

2200 км. Жидкое ядро позволяет объяснить наличие маг-

нитного поля Земли и его вариаций, когда в геологическом

прошлом нашей планеты неоднократно происходила инверсия

магнитных полюсов. Предполагается, что магнитное поле созда-

ется процессом, названным эффектом динамо-машины. Роль

подвижного элемента динамо играет жидкое ядро, перемещаю-

щееся при вращении Земли вокруг своей оси.

„

Мантия — наиболее мощная оболочка Земли,

занимающая 2/3 ее массы и бблыцую 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 основа-

нии анализов наиболее глубинных магматических горных пород,

поступивших в верхние горизонты в результате мощных текто-

нических поднятий с выносом мантийного материала. Материал

верхней мантии собран со дна разных участков океана. Предпо-

лагают, что мантия Земли в основном сложена из силикатов и

железа, прежде всего из минерала оливина.

330

Благодаря высокому давлению вешество мантии, скорее все-

го, находится в кристаллическом состоянии. Температура ман-

тии составляет около

2500°С.

Именно высокие давления обусло-

вили

такое агрегатное состояние вещества, в ином случае ука-

занные температуры привели бы к его расплавлению.

В расплавленном состоянии находится астеносфера — ниж-

няя 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 от-

ношению к кратковременным нагрузкам она ведет себя как же-

сткий 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, асте-

носфера и остальные мантии могут рассматриваться в качестве

трехслойной системы, каждая из частей которой подвижна от-

носительно других компонентов.

Литосфера Литосфера — это земная кора с частью под-

стилающей 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 бы-

ла замечена давно. Поэтому планетарный рельеф делится на две

основные области — океаническую и континентальную.

-Дно

океанов и континенты отличаются друг от друга строением зем-

ной коры, химическим и петрографическим составом, а также

историей геологического развития. Кора имеет повышенную

мощность в области континентов и пониженную в областях океа-

нического дна.

Средняя мощность континентальной коры — 35 км. Ее верх-

ний слой богат гранитными породами, нижний — базальтовыми

магмами. На дне океанов гранитный слой отсутствует, и зем-

ная 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.

Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в ос-

новном 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.

331

Земная кора сложена горными породами различного типа и

различного происхождения. Более 70% приходится на

магмати~

ческие,

20% — на метаморфические породы, 9% составляют

осадочные породы.

Первые порции вулканического материала имели состав ба-

зальтов или

состав,

близкий к нему. Базальтовая магма,

подни^

маясь к поверхности, теряла газы, уходившие в атмосферу, пре-

вращалась в базальтовую лаву, которая растекалась по

первич-1

ной поверхности планеты. При остывании она превращалась в

твердые покровы, образующие первичную кору океанического

типа. Однако процесс выплавления этих масс был асимметрич-

ным,

и на одном полушарии планеты их сосредоточилось боль-

ше, чем на другом. В областях будущих континентов молодая

земная кора была динамически неустойчивой и перемещалась

вверх и вниз под влиянием внутренних причин, о природе кото-

рых мы знаем еще недостаточно. При общих колебательных

)

движениях части

первичной

коры временами оказывались выше

уровня океана и подвергались разрушению под влиянием хими-

чески активных газов первичной атмосферы, воды, а также дру-

гих физических агентов. Продукты разрушения сносились в по-

ниженные участки суши и водоемы, образуя осадочные породы

с механической сортировкой частиц по величине и минералоги-

ческому составу. Еще более активно эти процессы пошли с по-

явлением биосферы. Области поднятия суши — места будущих

континентов — стали обрастать поясами мощных толш осадоч-

ных пород, возникших за счет разрушения более приподнятых

участков суши. Эти пояса впоследствии подвергались складчато-

сти и поднятиям, в них проявлялась вулканическая деятель-

ность. 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 выступа-

ла выше уровня Мирового океана, и в ней не происходили про-

цессы

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 обо-

лочек непрерывно обновляется. Благодаря выветриванию и сносу

вещество континентальной поверхности полностью обновляется

за 80—100 млн лет. Убыль вещества континентов восполняется

поднятиями их коры. Если бы не было этих поднятий, то за не-

332

сколько геологических периодов вся суша была бы снесена в оке-

ан и наша планета покрылась бы сплошной водной оболочкой.

Не следует забывать и о том, что поверхность Земли сложи-

лась из литосферных плит, число и положение которых менялось

ог

эпохи к эпохе. Плита — это вся масса коры и подстилающей

мантии, которая движется как единое целое по поверхности Зем-

ли. Сегодня выделяют 8—9 больших плит и более 10 малых. Пли-

ты медленно перемещаются горизонтально (глобальная тектоника

плит). В районах

рифтовых

долин, где вещество мантии выносит-

ся наружу, плиты расходятся, а в местах, где горизонтальные

смешения соседних плит оказываются встречными, они надвига-

ются друг на друга. Вдоль границ литосферных плит расположе-

ны зоны повышенной тектонической активности. При движении

шит сминаются их края, образуя горные хребты или целые гор-

ные

области. Океанические

плиты,

берущие свое начало в рифто-

вых разломах, наращивают толщину по мере приближения к кон-

тинентам. Они уходят под островные дуги или континентальную

плиту, увлекая за собой накопившиеся осадочные породы. Веще-

ство погружающейся плиты достигает в мантии глубин до 500—

700 км, где оно начинает плавиться.

На поверхности литосферы в результате совокупной деятель-

ности ряда факторов возникает почва.

Основоположник почвоведения русский ученый В.В. Доку-

чаев назвал почвой наружные горизонты горных пород, естест-

венно измененных совместным влиянием воды, воздуха и различ-

ного рода организмов, включая их остатки. Таким образом,

почва — это сложнейшая система, стремящаяся к равновес-

ному взаимодействию с окружающей средой.

Водная оболочка Земли представлена на на-

шей

планете Мировым океаном, пресными

водами рек и озер, ледниковыми'и подземными волами. Общие

запасы воды на Земле составляют 1.5 млрл км

. Из этого коли-

чества воды 97% приходится на соленую морскую воду, 2% со-

ставляет замерзшая вода ледников и

— пресная вода.

Гидросфера — это

спло.щная

оболочка Земли, так как моря и

океаны переходят в подземные воды на суше, а между сушей и

морем идет постоянный круговорот воды, ежегодный объем ко-

торого составляет 100 тыс. км

. Большая часть испаренной с по-

верхности 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 при-

333

Гидросфера

роде не является

совершенно

замкн^тьш.1Ц1кдом.

Сегодня

докЛ

зано, что наша планета постоянно теряет часть воды и воздуха,

которые уходят в мировое пространство. Поэтому с

теченй^у

времени встанет проблема сохранения волы на нашей

планете,

ВсТда"—

вещество,

обладающее многими уникальными физи-

ческими и химическими свойствами. Она обладает высокой

теп

лоемкостью, теплотой плавления и испарения и в силу этих

каГ

честв является важнейшим

климатообразующим

фактором

на;

Земле. Вода является хорошим растворителем, поэтому в

ней

содержится множество химических элементов и

соединений.1

необходимых для поддержания жизни. Не

случайно

именно Ми-

ровой океан стал колыбелью Жизни на нашей планете.

Большую часть поверхности

Земли

занимает Мировой океан

(7П^Гповерхности

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), Индий-

ский (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

022 м. Посре-.

ди океанов проходят рифтовые хребты общей протяженностью до

60 тыс. км. Они состоят из отдельных гор высотой до 2,5 км, раз-

деленных 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 полю-

сов (до

~1,9°С).

Мировой океан часто называют

«печкой

планер

ты». 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 Солн-

ца, а также из-за существования слоев воды разной плотности.

Под влиянием вращения Земли все течения в Северном полу-

шарии отклоняются вправо, а в Южном полушарии — влево. По

расположению течения бывают поверхностными, подповерхно-

стными, глубинными и придонными. По стабильности выделя-

ют постоянные, временные и периодические (приливы и отли-

вы) течения. Примером постоянных течений являются Север-

ные и Южные Пассатные течения. Из низких широт в высокие

движутся теплые течения (Гольфстрим), а из высоких широт в

низкие — холодные течения (Лабрадорское, Курильское).

334

Огромную роль в морях и океанах играют приливы и

отли-

аы, вызывающие периодические колебания уровня воды и смену

приливных течений. В открытом океане высота прилива дости-

гает 1 м, у

берегов

— до 18 м. Самые высокие приливы наблю-

даются у берегов Франции (14,7 м) и в Англии в устье реки Се-

верн (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 при-

токами образуют речную систему. Течение и расход воды в них

;а

висит"от

"уклона

русла. Обычно выделяют горные реки с быст-

рым течением и узкими речными долинами и равнинные реки с

медленным течением и широкими речными долинами.

Речей-являются

важной частью круговорота воды в приро-

де. Их суммарный годовой сток в Мировой океан составляет

38,8 тыс. км

. Реки — это источники питьевой и промышлен-

ной 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 —

ло

водоемы, вся поверхность которых открыта атмосфере и ко-

торые не имеют уклонов, создающих течения, а также не связаны

морем иначе, чем через реки и потоки. Понятие «озера*

в"клю-

ает

в себя большой круг водоемов, в том числе пруды (неболь-

шие мелкие озера), водохранилиша, а также болота и трясины

со

^тоячей

водой. По происхождению озера могут быть ледни-

ковыми, проточными, термокарстовыми, солеными. С геологи-

ческой 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, Бай-

кал, озера Верхнее, Гурон и Мичиган в США и Канаде, Викто-

рия,

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 грунто-

выми водами.

Подземные воды мот иметь

атмосферное

происхождение

(вадозные воды). Также источником подземных

вод~могутбьгд

пары воды

раскаленной

магмы — ювенильные воды.

Вода,

попавшая в

грунт,

доходит до водоупорного слоя,

никак-}

ливается

на нем и пропитывает вышележащие породы. Так обра-

зуются водоносные горизонты, могущие служить источниками

во-^

ды. Иногда водоупорный слой может создавать вечная мерзлота.

Ледники,

образующие ледяную оболочку Земли

(криосфеЬм

также являются частью гидросферы нашей

планеТЫ.

Они

зани-

жают

площадь, равную

млн км

. Это

1/10

часть поверхности

планеты. Именно в них

содержатся"

основные запасы

нресноЗГ

"В5ДЕГТ374).

Если бы льды, находящиеся в ледниках, вдруг растая-

ли, уровень Мирового океана повысился бы на 50 метров.

Ледяные массивы образуются там, где возможно не

только*

накопление снега, выпавшего на зиму, но и сохранение его

№

течение лета. Со временем такой снег уплотняется до состояния

льда и может закрыть собой всю местность как ледниковый по-

кров или ледяная шапка. Места, где может происходить накоп-

ление многолетнего льда, определяются географической широ-

той и высотой над уровнем моря. В полярных районах граница

многолетнего льда лежит на уровне моря, в Норвегии — на вы-

соте

1,2—1,5

км над уровнем моря, в Альпах — на высоте 2,7

км, а в Африке — на высоте 4,9 км.

Гляциологи

различают

материковые

покровы, или щиты,

_и_

горные ледники. Самые мощные материковые ледниковые по-

кровы расположены в Антарктиде и Гренландии. В некоторых

местах толщина льда

достигает

К1\1

'•>.'.

км. В некоторых местах

он постепенно сползает к океану, рождая

ледяные

"горы

—'айс^

берги.

Горные ледники — это ледяные реки, спускающиеся по

склонам гор. хотя их движение идет очень медленно — со ско-

роТ5тью~оТ"-3

до 300 м в год. При своем движении ледники меня-

ютмсартину

ландшафта,

увлекая

за"собОЙ

ВалуЦьт,

обдирая

скло-

~ны

гор"и

обламывая при этом

значительныё~куски"пороша.

Продукш

разрушения

уно'еЯтся"ЛеднИким

тш

потону

обедают

по мере его таяния.

Частью криосферы Земли помимо ледников являются твердые

толщи

горных пород и относительно сухие воздушные массы с

отрицательной температурой, в которых естественными или ис-

кусственными путями могут

создаваТБСЯ~ус7[ОБИЯ""7ПЦГ"конденса-

•сии

воды:

На

Земле широко распространены

многолетнемерзлые

грунты

"(вечная

мерзлота), являющиеся частью криосферы

плане-

|ы. Толщина

такич

грунтов в среднем достигает 50—100 м, а

в_

Антарктиде — 4 км. Вечная мерзлота занимает огромные

терри-

336

тории в Азии, Европе, Северной Америке и Антарктиде, ее общая

площадь составляет 35 млн км

. Вечная мерзлота возникает в

местах, где среднегодовые температуры имеют отрицательные

значения. В ней содержится до 2% общего объема льда на Земле.

. Атмосфера — это воздушная оболочка Зем-

Атмосфера

ли

окружающая ее и вращающаяся вместе с

ней.

Она состоит из воздуха — смеси газов, состоящей из 78%

азота, 21% кислорода, а также инертных газов, водорода, угле-

кислого газа, паров воды, на которые приходится около 1% объ-

ема. Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и

различных примесей, порождаемых геохимическими и биологи-

ческими процессами на поверхности Земли.

Масса атмосферы довольно велика и составляет 5,15 •

кг.

Это

значит, что каждый кубический метр окружающего нас воз-

духа весит около 1 кг. Вес всего этого воздуха, давящего на нас,

называют атмосферным давлением. Среднее атмосферное давле-

ние на поверхности

Земли

равно 1 атм, или 760 мм рт. ст. Это

означает,

что на каждый квадратный сантиметр нашего тела да-

вит груз атмосферы массой в 1 кг. С высотой плотность и дав-

юние

атмосферы быстро убывают.

В атмосфере есть районы с устойчивыми минимумами и мак-

симумами температур и давлений. Так, в районе Исландии и

Алеутских

островов располагается такая область, являющаяся

традиционным местом рождения циклонов, определяющих по-

году в Европе. А в Восточной Сибири область низкого давления

летом сменяется областью высокого давления зимой.

Неоднородность атмосферы вызывает перемещение воздуш-

ных масс — так появляются ветры. Кроме

того,

на направления

ветров

влияет вращение Земли, а также разнообразный рельеф

нашей планеты. Основная масса воздуха перемешается от эква-

тора к полюсам. В экваториальной области с ее высокими тем-

пературами обычно держится низкое давление, что вызывает

подъем воздуха вверх. Обычно в этих районах господствуют

штили и слабые переменные ветры. Поднимаясь, восходящие

Юки

воздуха охлаждаются, конденсируют влагу и проливаются

тенями. После этого воздух движется на север и юг от эквато-

ру],

несколько раз опускаясь и поднимаясь при этом. Охлажден-

ный у полюсов воздух возвращается назад, к экватору.

В тропических областях преобладают восточные ветры. В Се-

верном полушарии Земли господствуют северо-восточные

пасса-

п>|,

в Южном полушарии — юго-восточные пассаты. По мере

Удаления к полюсам начинают доминировать западные ветры.

Внутри этих потоков вращаются вихри — области низкого давле-

337

ния. Когда они сталкиваются с воздухом, нагретым у

поверхносги

Земли, то поднимаются вверх и порождают облака и дожди. I

Атмосфера Земли имеет слоистое строение, причем слои от-

личаются по физическим и химическим свойствам.

ВажнейшиЛ

ми физическими свойствами являются температура и

давление^

изменение которых лежит в основе выделения атмосферных

сло-

ен. Таким образом, в атмосфере Земли выделяют:

тропосферу^

стратосферу, ионосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. |

Тропосфера — это нижний слой атмосферы, определяющий

погоду на нашей планете. Его толщина — 10—18 км. С высотой

падает давление и температура, опускаясь до

—55°С.

В тропо-

сфере содержится основное количество водяных паров,

образуЭ

ются облака и формируются все виды осадков.

Облака состоят из капель воды или кристаллов льда,

взве-ч

шенных в воздухе. Облака различаются по форме и высоте

рас-1

положения над Землей. Метеорологи выделяют облака нижнего

яруса, образующиеся не выше 2 км. На этом уровне возникают

следующие виды облаков: кучевые — отдельные облака, верхние

контуры которых постоянно меняют свои очертания;

кучево-

дождевые — они несут ливни, грозу, град, снежные заряды; слои-

стые — отдельные облака или широкая полоса низких серых об-

лаков, несущие морось или изморозь; слоисто-кучевые — облака

с четко очерченными краями. На высоте 2—7 км находятся

обла

ка среднего яруса, среди которых выделяют высоко-кучевые, вы-

соко-слоистые и слоисто-дождевые облака. На высоте более 5 га

располагаются облака верхнего яруса — перистые,

перисто-сло-ч

истые и

перисто-кучевые.

Они похожи на птичьи перья, полосы]

или ленты белого цвета и состоят из ледяных кристаллов.

Следующий слой атмосферы — это стратосфера, простираю-

щаяся до 50 км в высоту. Нижняя часть стратосферы имеет

по-

стоянную температуру, в верхней части наблюдается повышение

температуры из-за поглощения солнечного излучения озоном.

Ионосфера — эта часть атмосферы начинается с высоты 50 км

и состоит из ионов — электрически заряженных частил воздуха.

Ионизация воздуха происходит под действием Солнца. Ионосфе-

ра обладает повышенной электропроводностью и в силу этого

отражает короткие радиоволны, позволяя осуществлять дальнюю

связь.

С высоты в 80 км начинается мезосфера, роль которой со-

стоит в поглощении озоном, водяным паром и углекислым га-

зом ультрафиолетовой радиации Солнца.

На высоте 90—400 км находится термосфера. В ней происхо-

дят основные процессы поглощения и преобразования солнеч-

338

ного ультрафиолетового и рентгеновского излучений. На высоте

более

250 км постоянно дуют ураганные ветры, причиной кото-

рых считают космические излучения.

Верхняя область атмосферы, простирающаяся от 450—800 км

до 2000—3000 км, называется

экзосферой.

В ней содержится ато-

марный кислород, гелий и водород. Часть этих частиц постоян-

но уходит в мировое пространство.

Результатом саморегулирующихся процессов в атмосфере Зем-

ли является климат нашей планеты. Это не то же самое, что пого-

ди, которая может меняться каждый день. Погода очень изменчива

и зависит от колебаний тех взаимосвязанных факторов, в результа-

те которых она формируется, как-то: температура, ветры, давление,

осадки. Погода в основном является результатом взаимодействия

атмосферы с сушей и океаном.

Климат — это состояние погоды

какого-то

региона за дли-

тельный промежуток времени.

Он формируется в зависимости от географической широты,

высоты над уровнем моря, воздушных потоков. Меньше влияют

рельеф и тип почвы. Выделяют ряд климатических зон мира,

обладающих комплексом сходных характеристик, относящихся к

сезонным температурам, количеству осадков и силе ветра:

• зона влажного тропического климата — среднегодовые

температуры больше 18°С, холодов не бывает, осадков вы-

падает больше, чем испаряется воды;

зона сухого климата — область малого количества осадков;

сухой климат может быть жарким, как в тропиках, или

свежим, как в континентальной Азии;

. зона теплого климата — средние температуры в самое хо-

лодное время здесь не опускаются ниже

—3°С,

и хотя

бы

один месяц имеет среднюю температуру больше

Ш°С,

хо-

рошо выражен переход от

зимы

к лету;

. зона холодного северного таежного климата — в холодное

время средняя температура опускается ниже

—3°С,

но в

теплое время она выше 10°С;

• зона полярного климата — даже в самые теплые месяцы

средние температуры здесь ниже 10°С, поэтому в этих рай-

онах прохладное лето и очень холодные зимы;

• зона горного климата — районы, отличающиеся по клима-

тическим характеристикам от той климатической зоны, в

которой они находятся. Появление таких зон связано с

тем, что с высотой падают температуры и сильно меняется

количество осадков.

339

Климат Земли имеет ярко выраженную цикличность. В не*

можно выделить периоды «космических зим», возникающих

связи с обращением Солнца вокруг

центра

Галактики через

180—200 млн лет. Также выделяют макроритмы,

периодичное?!

которых составляет 40 тыс. лет, и мезоритмы — с периодо1

около 2 тыс. лет. Изменения климата, происходящие каждые 1

лет, относят к микроритмам. Все эти ритмы связаны с измене

ниями амплитуд температур.

Самым известным примером цикличности климата являются

периодически случавшиеся на Земле оледенения. За два послед

них миллиона лет наша планета пережила от 15 до 22

ледникоч

вых периодов. Об этом свидетельствуют исследования осадоч

ных пород, накопившихся на дне океанов и озер, а также иссле

дования

образцов льда из глубин Антарктического и Гренланд

ского ледниковых покровов. Так, в последний ледниковый пе-

риод Канада и Скандинавия были покрыты гигантским ледни-

ком, а

Северо-Шотландское

нагорье, горы Северного Уэльса

Альпы имели огромные ледяные шапки.

Сейчас мы живем в эпоху глобального потепления. С 1860 г.

средняя температура Земли поднялась на

0,5°С.

В наши дни

увеличение средних температур идет еще более быстрыми

тем-

пами. Это грозит серьезнейшими изменениями климата на всей

планете и другими, подчас непредсказуемыми последствиями.

Магнито

сЬеоа

Магнитосфера — самая внешняя и протя-

женная оболочка Земли. Она представляет

собой область околоземного пространства, физические

свойства

которой определяются магнитным полем Земли и его

взаимо-

действием с потоками заряженных частиц космического проис-

хождения. С дневной стороны она простирается на 8—24 зем-

ных радиусов, с ночной — доходит до нескольких сотен радиу-

сов и образует магнитный хвост Земли. В магнитосфере нахо-

дятся радиационные пояса.

Магнитное поле Земли образуется во внешней оболочке ядра

благодаря циркуляции огромных электрических токов. Поэтому

Земля представляет собой огромный магнит с четко выражен-

ными магнитными полюсами. Северный магнитный полюс на-

ходится в Северной Америке на полуострове Ботия, Южный

магнитный полюс — в Антарктиде на станции Восток.

Сегодня установлено, что магнитное поле Земли не является

неизменным. Его полярность менялась несколько раз. Так,

30 000 лет назад Северный магнитный полюс находился на Юж

ном полюсе. Кроме того, периодически происходят возмущения I

340

магнитного поля — магнитные бури, из-за которых возникают

серьезные радиопомехи. Их главной причиной является колеба-

ние солнечной активности. Поэтому особенно часты магнитные

бури в годы активного Солнца, когда на нем появляется много

пятен, а на Земле возникают полярные сияния.

14.4. Географическая оболочка Земли

Все геосферы Земли тесно взаимодействуют друг с другом

пу-

тем непрерывного обмена веществом и энергией и в

совокупно-

сти представляют географическую оболочку планеты. Ее

целост-

ность обеспечивается за счет лучистой энергии Солнца и внут-

ренней энергии Земли.

Помимо вертикального строения географической оболочки

Земли, рассмотренного выше, выделяют ее горизонтальную струк-

туру — физико-географические (природные) пояса планеты. Они

отличаются друг от друга режимом тепла и влаги,

особенностя-

ми циркуляции воздушных масс и морских течений, а также со-

ставом флоры и фауны.

Выделяют несколько физико-географических поясов:

• экваториальный пояс расположен по обе стороны от эквато-

ра от 5—8° северной широты до

4—

IV южной широты.

Здесь постоянно тепло (в среднем

24—28°С),

выпадает мно-

го осадков. Широко распространены многоярусные леса с

огромным количеством видов растений и животных;

. субэкваториальные пояса Северного и Южного полушарий

отличаются высокими температурами (до

22—25°С)

и сме-

ной сухих и влажных сезонов. Распространены саванны и

листопадные леса;

• тропические пояса Северного и Южного полушарий распо-

лагаются между 20 и 30° северной и южной широты.

Средние температуры доходят летом до 35°С, а зимой не

опускаются ниже

10°С.

В более влажных районах находят-

ся саванны и листопадные леса, в сухих районах — пусты-

ни и полупустыни;

• субтропические пояса расположены в Северном и Южном

полушариях на участках 30—42° северной и южной широ-

ты. В этих поясах отчетливо проявляются сезонные рит-

мы, когда тропический климат сменяется умеренным, по-

этому средние температуры летом выше 20°С, а зимой —

4°С, хотя могут быть и морозы до —

10"С.

В Северном по-

лушарии это область жестколиственных лесов и

полупус-

341

тынь, в Южном — область вечнозеленых и

широколисЯ

венных лесов;

• умеренные пояса располагаются дальше на север

юг. В

Сел

верном полушарии — это суша, в Южном — море. В

этД

поясах зимой лежит снег, хорошо представлены все

четыД

времени года. Это область распространения

последователыИ

сменяющих друг друга пустынь, полупустынь, степей,

лесЯ

степей, широколиственных, смешанных и хвойных лесов; I

• субарктический пояс находится в Северном полушарии и

включает в себя зоны тундры и лесотундры;

• арктический {антарктический) пояса — это

ббльшая

часть!

Арктики и Антарктики. На суше — это область

ледяньЯ

пустынь, моря также покрыты устойчивыми льдами,

пов

этому флора и фауна этих поясов не слишком богата.

Раздел

Основные

концепции химии

ш^?

Вопросы для обсуждения

Какая планета имеет наименьшую плотность вещества? Что это о

чает?

2. Как Луна влияет на процессы, происходящие на Земле?

3. Что является показателем жизнеспособности планеты? Почему?

4. Как был определен возраст Земли?

5. Как осуществлялась геологическая эволюция Земли?

6. Из каких газов состояла первичная атмосфера Земли? Чем о

чалась от современной атмосферы?

7. Какова была первичная гидросфера нашей планеты? Как

появш

пресные воды?

8. Перечислите основные части гидросферы.

Какова структура атмосферы?

10.

какой климатической зоне относится город, в котором вы живете?

Глава 1 5

Становление и развитие

химической картины мира

Одной из важнейших для человека естественных наук явля-

ется

химия.

Химия — наука о составе, внутреннем строении и

превраще-Ш

нии

вещества, а также механизмах этих превращений.

Огромная важность этой науки объясняется тем, что

химиЛ

ческие

превращения сопровождали человека с момента появле-

ния первых представителей вида

Ното

щнеш.

Человек имеет дело с химией в двух ее основных формам

Первая — это химические превращения, происходящие внутри

человеческого тела и лежащие в основе всех биологических (фи- 1

зиологических) процессов. Человек не может жить без воды, ки-

слорода,

множества разнообразных, в том числе и очень слож-

ных химических соединений, получаемых с пищей.

Кроме того, человек обращается к химии в процессе

матери-1

ального производства — специфически человеческой

деятельно-1

сти, в ходе которой совершается преобразование окружающей

сре-1

ды. Не находя в окружающем мире необходимых для себя ве-

ществ,

предметов и продуктов в готовом виде или в достаточном

количестве, человек сам создает их из природного сырья.

Имен-1

но с помощью химических процессов вещество природы

меня-

ется коренным образом.

Поэтому уже с глубокой древности началось практическое

использование химических превращений. Выплавленные из

ру«

ды металлы, кожа, полученная из сырых шкур в результате

обЛ

работки дубильными веществами, керамика, стекло — все

это!

искусственные материалы, которые человек стал получать с

по!

мощью химии за тысячи лет до новой эры. А первым

химиче-1

ским процессом, освоенным человеком и использованным для

преобразования окружающей среды, стала реакция горения.

15.1. Возникновение химии. Алхимия

Процесс зарождения и формирования химии как науки был]

длительным во времени и сложным и

противоречивым-по

со-!

344

чержанию.

Истоки химического знания лежат в глубокой

древ-

ности

и вызваны потребностью получения необходимых для жиз-

недеятельности

человека веществ. Для этого нужно было научиться

производить

из

одних.веществ

другие, с заданными свойствами, то

есть

осуществлять качественные превращения вещества.

Происхождение термина «химия» точно не выяснено до сих

юр,

хотя по этому вопросу существует несколько версий. Соглас-

но одной из них, название «химия» произошло от египетского

слова

«хеми»,

что означало Египет, «черная земля». Поэтому мно-

гие

историки науки называют химию «египетским искусством». В

этой версии химия означает искусство производства необходимых

иешеств,

в том числе умение превращать обыкновенные металлы

золото и серебро или их сплавы.

По другой версии, слово

«химия»

выводится из греческого

термина «химос», который можно перевести как «сок растений».

Поэтому «химия» означает искусство получения соков, причем

..сок»

может означать и расплавленный металл. Так что «химия»

может пониматься как искусство металлургии.

Первоначально наибольший вклад в развитие этой науки вне-

сли древние египтяне, а также древние вавилоняне и халдеи. В

Древней Вавилонии зародилась не только алхимия, которая в

древнем мире не была наукой в полном смысле этого слова. Она

была частью религиозных представлений и не выходила на теоре-

тический уровень. Тем не менее, в ее рамках были накоплены

важнейшие знания и умения, составившие фундамент современ-

ной химии. Кроме того, именно алхимики оставили нам описа-

ние

многих важнейших химических процессов, различные мето-

ды

производства продуктов, пользовавшихся большим спросом.

Начала алхимии связывают с именем легендарной лично-

сти — Гермеса Трисмегиста

(«Триждывеличайшего»).

С тех пор

не

только алхимия, но и другие тайные знания носят название

-герметических

наук». Считается, что учение Гермеса было из-

ложено им в 42 тайных книгах. Оно представляло собой сочета-

ние египетского многобожия,

иудейско-христианского

моноте-

изма и греческого философского идеализма. В этих книгах со-

держится

знаменитая «Изумрудная скрижаль», в которой в алле-

горической форме описан философский камень. Она относится

примерно к III веку и считается классическим алхимическим

сочинением.

Итак, алхимия — тайное знание о всеобщем превращении

| веществ и элементов, в частности о превращении неблагородных

I металлов в благородные (золото и серебро).