Зовнішні геосфери

Будова внутрішніх і зовнішніх оболонок, фізичні поля Землі

Тема 3.

Атмосфера – повітряна оболонка Землі. Вона має масу 5,15• 10¹⁵ т, що складає 0,00009% маси планети. Більша частина цієї маси (90%) зосереджена у нижньому шарі атмосфери до 16 км над поверхнею Землі. Вище 100 км знаходиться лише одна мільйонна частина маси повітря. Атмосферу поділяють на три шари – тропосферу, стратосферу та іоносферу. Проміжний шар над тропосферою називають тропопаузою, над стратосферою – стратопаузою.

Тропосфера має потужність 8-12 км над приполярними широтами і до 17 км у приекваторіальній зоні. З висотою температура повітря тут знижується в середньому на 6ºС через кожний кілометр і падає до -60ºС поблизу верхньої межі шару.

Стратосфера простягається до висоти 50-53 км. Повітря в стратосфері розріджене і нагріте безпосередньо сонячними променями (температура від –10 до +10ºС). У межах стратосфери знаходиться озоновий шар потужністю 25-30 км. Він поглинає велику частину ультрафіолетової радіації Сонця, яка згубна для живих організмів.

Іоносфера включає три оболонки: мезосферу, термосферу та екзосферу. Потужність мезосфери 25 – 30 км; температура тут падає до –90ºС. У цій частині атмосфери утворюються так звані сріблисті хмари. У термосфері температура знову підвищується і на висоті 400 км сягає 1000 – 2000ºС. Екзосфера характеризується високою температурою (близько 2000ºС) і крайнім розрідженням повітря. Уся зона іоносфери складається з іонізованого повітря, зумовленого ультрафіолетовим випромінюванням. Верхня межа атмосфери знаходиться на висоті 1300 км. Вище склад атмосфери наближається до складу міжпланетного простору.

Головні компоненти атмосфери – азот, кисень, аргон, вуглекислота, які разом складають 99,99% сухого повітря. До малих складових частин відносяться озон, водень, інертні гази (He, Ne, Kr, Xe). Особливе місце в складі земної атмосфери займають дрібні частки – пил різного походження – природний, у тому числі космічний, і антропогенний (індустрійний дим). Змінними компонентами повітря є озон радіаційного походження, а також SO₂, NO₂, NH₃ промислового походження.

Важливою складовою частиною атмосфери з погляду її впливу на геологічні процеси є атмосферна волога. Випаровування води з поверхні суші і водойм в атмосферу є процесом природної дистиляції. Тому хімічний склад атмосферних опадів на відміну від природних вод характеризується відносною однорідністю.

Повітряні маси атмосфери знаходяться в постійному русі внаслідок неоднакового прогрівання поверхні Землі на різних широтах, наявності материків і океанів, а також сил Коріоліса, зумовлених обертанням планети. Як результат цього формуються різні вітри (бризи, мусони, пасати), циклони й антициклони. Повітряні потоки переносять вологу, пил і істотно впливають на температуру різних регіонів на поверхні Землі.

Усе різноманіття явищ у тропосфері визначає погоду і клімат. Погода – це фізичний стан атмосфери, який характеризується вітром, температурою, тиском, вологістю. Багаторічний режим погоди, що властивий визначеним фізико-географічним умовам, називається кліматом. У залежності від вологості і температурних умов розрізняють клімат: гумідний – вологий, з помірною чи високою температурою, який властивий тропічним зонам і областям, що прилягають до них, і арідний – сухий жаркий клімат пустель та сухих степів; і нвальний – вологий і холодний клімат полярних і високогірних областей. Крім того, виділяють помірно-вологий і тропічний типи клімату.

Гідросфера. Верхня межа гідросфери визначається рівнем поверхні відкритих водойм. Нижня межа її досить невизначена і, вірогідно, відповідає температурному рівню земної кори, що дорівнює 374ºС. За цих умов уся вода переходить у газоподібний стан (критична температура води).

У гідросфері виділяють чотири основних типи природних вод, які мають різний склад і різні фізичні властивості. Це океаносфера (води морів та океанів), води суші, льодовики і підземні води, які зосереджені в земній корі. Загальна маса гідросфери складає 164410¹⁵ т, що не перевищує 0,025% загальної маси Землі. Кількість океанічних вод оцінюється в 1370 млн. км³ (86,5%), вод суші 0,5 млн. км³, об’єм материкових льодів складає близько 22 млн. км³, підземних вод – 196 млн. км³.

Будь-які води гідросфери Землі в тому чи іншому ступені мінералізовані і можуть розглядатися як природні розчини. На відміну від атмосфери в гідросфері виявляється горизонтальна неоднорідність (зональність) - води суші в основному прісні, а океанів і морів солоні. Солоність вод океану становить у середньому 35 проміле (35‰), тобто 35 г солей в одному літрі (1 проміле складає 0,1 г).

У складі морської води провідна роль належить катіонам Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, Sr²⁺ і аніонам Cl^-, SO^2-₄, HCO^-₃, CO^2-₃, Br^-, F^-, HBO^-₃, на долю яких припадає 95,8 % маси розчинених речовин. Усі інші елементи складають тільки 4,2%. Крім іонів, у морській воді розчинені природні гази – азот, кисень, вуглекислота, сірководень, концентрація яких змінюється в залежності від фізико-географічних умов.

Велика частина вод суші утворюється за рахунок атмосферних опадів, які відрізняються мінімальною мінералізацією.

Під впливом нерівномірного розподілу сонячного тепла на Землі води гідросфери знаходяться в постійному русі – круговороті. Вода у вигляді атмосферного пару та опадів, річкового стоку, течій в океанах переміщується на великі відстані. Знаходячись в атмосфері, вода максимально насичується вільним киснем і потім витрачає його, стикаючись з верхніми шарами земної кори. У процесі круговороту в єдину систему зв'язуються усі води гідросфери, а також здійснюється тісний зв'язок природних вод з атмосферою, земною корою і живою речовиною планети.

Волога гідросфери разом з розчиненими в ній речовинами активно бере участь у хімічних реакціях, що протікають у гідросфері, а також при взаємодії з атмосферою, земною корою і біосферою. Тому гідросфера, як і атмосфера, - діюча сила і середовище, в якому здійснюються екзогенні геологічні процеси.

Біосфера охоплює весь простір верхніх горизонтів Землі, де існує органічне життя. Сучасна біосфера містить у собі всю гідросферу, верхню частину земної кори і нижню частину атмосфери, до її озонового шару.

Жива речовина Землі за своєю масою (2,410¹²т) складає незначну частку у порівнянні з іншими зовнішніми оболонками планети. Але за своїм активним впливом на навколишнє (геологічне) середовище вона стоїть на першому місці. Крім того, біосфера за своїми властивостями різко відрізняється від усіх інших оболонок.

За способами харчування і відношенням до зовнішнього середовища існують організми автотрофні, які споживають неорганічні мінеральні речовини, і гетеротрофні, що харчуються іншими організмами та їх залишками. Більшість організмів аеробні, тобто живуть у повітряному середовищі. Значно менша частина, переважно мікроорганізми, відноситься до анаеробних, що живуть у безкисневому середовищі.

Основу живої речовини складає вуглець, який дає нескінченну кількість різноманітних хімічних сполук. Крім вуглецю, найбільш поширені у живій природі кисень, водень та азот. Інші елементи зустрічаються у відносно невеликих кількостях, однак відіграють важливу роль у фізіології організмів.

Основна маса живої речовини зосереджена в зелених рослинах, які уловлюють енергію сонячних променів і будують складні сполуки своїх організмів. Цей процес природної побудови органічних речовин – фотосинтез – втягує в річний кругообіг величезні маси речовини Землі і визначає високий кисневий потенціал її атмосфери і біосфери в цілому. З хімічної точки зору фотосинтез – окислювально-відновна реакція

CO₂ +H₂ O → CH₂ O+O₂ ,

унаслідок якої за рахунок поглинання вуглекислоти і води синтезується органічна речовина і виділяється вільний кисень. У планетарному масштабі щорічно в біосфері Землі утворюється 266 млрд.т вільного кисню. При цьому головним генератором кисню в атмосфері є біомаса Світового океану. При загибелі організмів відбувається процес, зворотний фотосинтезу – розкладання органічної речовини шляхом її окислювання й утворення продуктів розкладання. Цей процес у межах земної кулі знаходиться в стані динамічної рівноваги з фотосинтезом, тому загальна кількість біомаси на Землі відносно постійна.

Дата добавления: 2014-01-07