Современные концепции развития геосферных оболочек кратко

Обновлено: 06.07.2024

В последние 30 лет признание получила концепция тектонических литосферных плит, согласно которой в течение всего мезозоя и кайнозоя материки перемещались по поверхности планеты. Рассмотрев карту мира как разрезную картинку, можно заметить, что Южная Америка и Африка, Антарктида, Австралия и Индостан – границы материков – хорошо совмещаются. Это обстоятельство было отмечено давно, но лишь в 1912 г. немецкий метеоролог и геолог Альфред Вегенер(1880–1930) сделал предположение о существовании единого праконтинента, его расколе и последующем движении образовавшихся континентов. Понадобилось более полувека, чтобы эта теория получила признание специалистов.

Теория тектонических литосферных плит существенно изменила представления об эволюции нашей планеты. Мы стали лучше понимать природу землетрясений и получили возможность улучшить их прогнозирование. Зная линии разломов земной коры, вдоль которых происходит смещение плит, можно наблюдать за этим смещением. Если оно замедляется или останавливается, это указывает на вероятность приближения сейсмического толчка или серии таких толчков. Теория литосферных плит сделала более понятным распределение полезных ископаемых.

Гидросфера(водная оболочка) покрывает 71 % поверхности планеты и включает в себя Мировой океан, моря, озера, реки и подземные воды. Вода – сильнейший, почти универсальный растворитель: в 1 т океанической воды содержится 35 кг различных солей. Одним из замечательных ее свойств является то, что ее твердая фаза (лед) имеет при температуре замерзания плотность меньшую, чем жидкая вода. Поэтому замерзание водоемов начинается сверху, где зимой температура атмосферы понижается, и в глубине сохраняются условия, благоприятные для жизни. Значительная часть воды содержится в криосфере – льдах Арктики и Антарктики, занимающей огромные пространства.

Атмосфера – газовая оболочка Земли, существенно отличается от атмосфер других планет Солнечной системы. Первоначально она состояла из водорода, водяных паров, углекислого газа, метана, аммиака и небольших количеств гелия и неона. На Земле углекислота была удалена химическими реакциями с горными породами при участии жидкой воды, а впоследствии и фотосинтезом растений. Современная атмосфера состоит из азота (около 80 %) и кислорода (около 20 %). Атмосфера подразделяется на несколько уровней – приземную тропосферу с интенсивным вертикальным и горизонтальным движением воздуха, стратосферу с озоновым слоем, мезосферу, ионосферу и экзосферу. Совокупность движений воздуха тропосферы образует атмосферную циркуляцию. Наблюдается широтное чередование сезонно смещающихся зон высокого и низкого давления, и отрывающиеся от них атмосферные вихри, связанные с областями низкого и высокого давления, называются циклонами и антициклонами.

Сложное взаимодействие трех геосфер – атмосферы, литосферы и гидросферы (возможно, и при неких дополнительных внешних воздействиях) привело в глубокой древности к формированию новой геосферы – биосферы, сферы жизни. Ее составляющей является и та часть материи, которая пытается познать строение Земли и Вселенной и определить свое место в ней, – люди.

СИНЕРГЕТИКА

В системе научного знания выделяются новые, более сложные типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому (математическому) моделированию. Одно из таких новых направлений в современном естествознании представлено синергетикой.

Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания – это простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы. В 70-е гг. XX в. начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании – синергетики. Как и кибернетика, синергетика – это некоторый междисциплинарный подход. Синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче, чем закрытых, линейных систем. Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем. Основной вопрос синергетики – существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением самоорганизующихся систем, их структур и функций.

Главная идея синергетики – это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи системы и среды. Система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Становление самоорганизации определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Самоорганизация переживает и переломные моменты – точки бифуркации. Вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов резко возрастает.

Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы – это история образования все более и более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации – от низших и простейших к высшим и сложнейшим, таким как человек, общество, культура.

КИБЕРНЕТИКА

Задачу выяснить с общих позиций закономерности процессов самоорганизации и образования структур ставит перед собой не только синергетика. Важную роль в понимании многих существенных особенностей этих процессов сыграл, например, кибернетический подход, представляемый иногда как абстрагирующийся от конкретных материальных форм и поэтому противопоставляемый синергетическому подходу, учитывающему физические основы спонтанного формирования структур.

Кибернетика возникла на стыке многих областей знания: математики, логики, семиотики, биологии и социологии. Обобщающий характер кибернетических идей и методов сближает науку об управлении, каковой является кибернетика, с философией. Задача обоснования исходных понятий кибернетики, особенно таких, как информация, управление, обратная связь и другие, требует выхода в более широкую, философскую область знаний, где рассматриваются атрибуты материи – общие свойства движения, закономерности познания. Явления, которые отображаются в таких фундаментальных понятиях кибернетики, как информация и управление, имеют место в органической природе и общественной жизни. Таким образом, кибернетику можно определить как науку об управлении и связи с живой природой в обществе и технике. Информация в живой природе в отличие от природы неживой играет активную роль, так как участвует в управлении всеми жизненными процессами.

Эффект обратной связи означает цикличность, замкнутость несущего информацию сигнала с выхода на вход системы управления. Посредством обратной связи осуществляется приведение объекта управления в соответствие с функционально-заданным результатом управления. Отрицательная обратная связь уменьшает действие возмущающих воздействий, положительная – усиливает, что может привести к разрушению системы управления.

В традиционной кибернетике гомеостаз рассматривается как некоторое устойчивое с точки зрения цели управления состояние объекта. Гомеостаз здесь обеспечивается тем, что всякие отклонения состояний объекта управления от цели управления компенсируются за счет отрицательной обратной связи. То есть в этом представлении гомеостаз прочно связан с целью управления.

Геология — одна из фундаментальных естественных наук, изучающая строение, состав, происхождение и развитие Земли. Она исследует сложные явления и процессы, протекающие на ее поверхности и в недрах. Современная геология опирается на многовековой опыт познания Земли и разнообразные специальные методы исследования. В отличии от других наук о Земле, геология занимается исследованием ее недр. Основные задачи геологии состоят в изучении наружной каменной оболочки планеты — земной коры и взаимодействующих с ней внешних и внутренних оболочек Земли (внешние — атмосфера, гидросфера, биосфера; внутренние — мантия и ядро) (рис. 9.1 ).

Объектами непосредственного изучения геологии являются минералы, горные породы, ископаемые органические остатки, геологические процессы.

Геология тесно связана с другими науками о Земле, например с астрономией, геодезией, географией, биологией. Геология опирается на такие фундаментальные науки как математика, физика, химия. Геология является синтетической наукой, хотя в то же время распадается на множество взаимосвязанных отраслей, научных дисциплин, изучающих Землю в разных аспектах и получающих сведения об отдельных геологических явлениях и процессах. Так, изучением состава литосферы занимаются: петрология , исследующая магматические и метаморфические породы, литология , изучающая осадочные горные породы, минералогия — наука, изучающая минералы как природные химические соединения и геохимия — наука о распределении и миграции химических элементов в недрах земли.

Геологические процессы, формирующие рельеф земной поверхности, изучает динамическая геология , частью которой являются геотектоника , сейсмология и вулканология .

Раздел геологии, занимающийся изучением истории развития земной коры и Земли в целом, включает стратиграфию , палеонтологию , региональную геологию и носит название историческая геология .

Есть в геологии науки, имеющие большое практическое значение, такие, как о месторождениях полезных ископаемых, гидрогеология , инженерная геология , геокриология .

В последние десятилетия появились и приобретают все большее значение науки, связанные с исследованием космоса ( космическая геология ), дна морей и океанов ( морская геология ).

Наряду с этим есть геологические науки, находящиеся на стыке с другими естественными науками: геофизика , биогеохимия , кристаллохимия , палеоботаника . К таковым относятся также геохимия и палеогеография . Наиболее близкая и разносторонняя связь геологии с географией . Для географических наук, таких как ландшафтоведение , климатология , гидрология , океанография , более всего важны геологические науки, изучающие процессы, влияющие на формирование рельефа земной поверхности и историю образования земной коры всей Земли.

Согласно современным космологическим представлениям 3емля образовалась вместе с другими планетами около 4,6 млрд лет назад из кусков и обломков, вращавшихся вокруг молодого Солнца. Она разрасталась, захватывая вещество, находившееся вокруг, пока не достигла своего нынешнего размера.

В строении Земли выделяют три основных слоя :

3) ядро (рис. 9.2 ).

Земная кора — твердая слоистая внешняя оболочка Земли. Мощность земной коры в планетарном масштабе чрезвычайно мала (в среднем около 35 км). Мощность ее сильно меняется от 5 км под океанами до 70 км под горными сооружениями. На 90% земная кора состоит из восьми химических элементов : кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, калия, натрия, магния.

Существуют две разновидности земной коры:

1) континентальная (более мощная, сложная, имеющая три слоя — осадочный, гранитный и базальтовый);

2) океаническая (более тяжелая и преимущественно базальтовая с отсутствием гранитного слоя).

Мантия распространяется на глубину 2900 км. Ее объем составляет 83% (с ядром — 99%) объема планеты. Несмотря на высокую температуру (2000°С), вещество мантии вследствие огромного давления находится в твердом кристаллическом состоянии. Внутри мантии на глубине 100—250 км под континентами и 50— 100 км под океанами начинается слой повышенной пластичности вещества, близкого к точке плавления, — астеносфера . Подошва астеносферы находится на глубинах порядка 400 км. Земная кора вместе с верхним твердым слоем мантии над астеносферой называется литосферой. Литосфера — относительно хрупкая оболочка. Она разбита глубинными разломами на крупные блоки — литосферные плиты (рис. 9.3 ).

Ядро находится на глубинах от 2900 до 6371 км, т. е. радиус ядра занимает более половины радиуса Земли и имеет мощность примерно 3500 км. Ядро состоит из внешнего и внутреннего слоев. Предполагают, что во внешней части ядра вещество находится в расплавленном подвижном состоянии и в нем из-за вращения планеты возникают электрические токи, которые создают магнитное поле Земли; внутренняя часть ядра твердая. Земное ядро состоит из железа с примесью более легких элементов. С глубиной нарастают давление и температура, которая составляет в ядре около 5000°С.

Абсолютный возраст Земли примерно равен 4,6 млрд лет. Возраст древнейших пород Земли — гранитогнейсов , обнаруженных на суше, — равен 3,8—4,0 млрд лет. О событиях геологического прошлого дает представление единая международная геохронологическая шкала. Ее основными временными подразделениями являются архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская эры (рис. 9.4 ).

Литосфера — верхняя твердая оболочка Земли, которая включает земную кору и верхнюю часть мантии. Толщина литосферы по различным данным составляет 30—70 км (по некоторым данным до 200 км).

В последнее время признание получила концепция тектонических литосферных плит , согласно которой в течение всего мезозоя и кайнозоя материки перемещались по поверхности планеты.

Гидросфера (водная оболочка) покрывает 71% поверхности планеты и включает в себя Мировой океан, моря, озера, реки, и подземные воды. Значительная часть воды содержится в криосфере — льдах Арктики и Антарктики, занимающей огромные пространства. Общие запасы воды на Земном шаре составляют 1,5 млрд км 3 . Соленая вода составляет около 97% этого объема. В течение года с поверхности нашей планеты испаряется около 355 тыс. км 3 воды. Большая ее часть (порядка 90%) выпадает затем в виде осадков над поверхностью морей и океанов, оставшаяся влага осаждается на суше, а затем реками выносится в океан, уходит под землю или замерзает в ледниках.

Непрерывный круговорот воды оказывает огромное влияние на климат и обмен веществ на всей планете.

Атмосфера — газовая оболочка Земли, существенно отличается от атмосфер других планет Солнечной системы. Первоначально она состояла из водорода, водяных паров, углекислого газа, метана, аммиака и небольших количеств гелия и неона. На Земле углекислота была удалена химическими реакциями с горными породами при участии жидкой воды, а впоследствии и фотосинтезом растений. Современная атмосфера состоит из азота (около 78%) и кислорода (около 20%). Кроме этого, в небольших количествах в атмосфере содержатся диоксид углерода, аргон, гелий, водород и озон. Атмосфера подразделяется на несколько уровней: приземную тропосферу с интенсивным вертикальным и горизонтальным движением воздуха, стратосферу с озоновым слоем, мезосферу , ионосферу и экзосферу (рис. 9.5 ).

Совокупность движений воздуха тропосферы образует атмосферную циркуляцию . Наблюдается широтное чередование сезонно смещающихся зон высокого и низкого давления, и отрывающиеся от них атмосферные вихри, связанные с областями низкого и высокого давления, называются циклонами и антициклонами .

Сложное взаимодействие трех геосфер — атмосферы, литосферы и гидросферы (возможно, и при неких дополнительных внешних воздействиях) — привело в глубокой древности к формированию новой геосферы — биосферы , сферы жизни.

Как уже было сказано выше, литосфера — верхняя твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии и переходящая без резкой границы в нижележащую астеносферу. Мощность литосферы составляет по различным данным от 50 до 200 км.

Породы земной коры делятся на три класса , имеющих различное происхождение:

1) магматические породы (гранит, базальт, габбро, туф);

2) осадочные породы (мел, известняк, доломит, песок);

3) метаморфические породы.

Известно более ста химических элементов, однако основу живых систем составляют только шесть, названные органогенами : углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их общая весовая доля в организмах — 97,4%. Далее следуют 12 элементов, участвующих в физиологически важных компонентах биосистем: натрий, калий, кальций, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт (весовая доля в организмах — 1,6%). Еще 20 элементов участвуют в работе отдельных биосистем, участие остальных элементов в построении биосистем практически не зафиксировано.

На Земле наиболее распространены кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, натрий, калий, никель, а углерод занимает лишь 16-е место. Из органогенов наиболее распространены лишь кислород и водород. Следовательно, геохимия не играет существенной роли в отборе химических элементов при формировании органических систем, а тем более биосистем.

Экологические функции литосферы : ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимическая.

Природные ресурсы — это тела и силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества в форме непосредственного участия в материальной деятельности.

Под полезными ископаемыми понимаются минеральные образования земной коры, которые могут эффективно использоваться в хозяйственной деятельности человека. Распространение полезных ископаемых в земной коре подчиняется геологическим закономерностям. К ресурсам литосферы относятся топливные, рудные и нерудные полезные ископаемые, а также энергия внутреннего тепла Земли.

Таким образом, литосфера выполняет одну из важнейших для человечества функций — ресурсную — снабжение человека почти всеми видами известных ресурсов.

Кроме ресурсной функции, литосфера выполняет и еще одну важную функцию — геодинамическую . На Земле непрерывно проходят геологические процессы. В основе всех геологических процессов лежат разные источники энергии. Источником внутренних процессов является тепло, образующееся при радиоактивном распаде и гравитационной дифференциации веществ внутри Земли.

В разнообразии химического состава и физико-химических свойств земной коры и заключается следующая функция литосферы — геофизико-геохимическая . По геологическим и геохимическим данным до глубины 16 км подсчитан усредненный химический состав пород земной коры: кислород — 47%, кремний — 27,5%, алюминий — 8,6%, железо — 5%, кальций, натрий, магний и калий — 10,5%, на все остальные элементы приходится около 1,5%, в том числе на титан — 0,6%, углерод — 0,1%, медь — 0,01%, свинец — 0,0016%, золото — 0,0000005%. Очевидно, что первые восемь элементов составляют почти 99% земной коры. Выполнение литосферой данной, не менее важной, чем предыдущие, функции приводит к наиболее эффективному хозяйственному использованию практически всех слоев литосферы. В частности, наиболее ценным по своему составу и физико-химическим свойствам является верхний тонкий слой земной коры, обладающий естественным плодородием и именуемый почвой .

Геосферы (от греч. гео - Земля, сфера - шар) - географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля.

Выделяются следующие геосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли. Ядро Земли делится на внешнее ядро (жидкое) и центральное - субъядро (твёрдое).

Геосферы условно делятся на базовые или главные (литосфера, атмосфера и гидросфера и другие), а также относительно автономно развивающиеся вторичные геосферы: педосфера, антропосфера (Родоман Б. Б., 1979), социосфера (Ефремов Ю. К., 1961) и ноосфера (Вернадский В. И. ). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой. Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода, содержащаяся в парообразном, свободном или химически и физически связанном с другими компонентами виде, может существовать в твёрдой фазе (лёд, снег, иней и другие).

Статус геосферы им придаётся лишь исходя из значения в жизни человека на Земле, соизмеримого с ролью первичных геосфер.

Каждая из перечисленных выше геосфер изучается отдельной наукой или набором отдельных наук, изучающих каждую сферу на разных системных уровнях.

Первые предложения по сохранению единства знания о Земле и созданию обобщающей его науки прозвучали в виде синтетической концепции геосфер Э. Зюсса и в идее А. Геттнера. В России сторонником единой и общей географии был В. В. Докучаев.

Все тела Солнечной системы состоят, в основном, из небольшого числа элементов. Все элементы разделены на 4 группы:

• атмофильные – склонны накапливаться в атмосфере;

• литофильные – образуют твердую оболочку планет;

• халькофильные – создают соединения с серой;

• сидерофильные – способны растворяться в сплавах железа.

Известно всего 66 минералов.

Современные концепции развития геосферных оболочек.

Земля разделена условно на сферы: ядро, мантия (халькосфера, тонкий слой – астеносфера), литосфера, атмосфера, гидросфера – водная оболочка Земли (в литосфере и атмосфере), биосфера - живая оболочка Земли (в гидросфере, атмосфере и верхнем слое литосферы), ионосфера – слой ионизированного газа в верхних слоях стратосферы, озоносфера – озоновый слой (в стратосфере), магнитосфера- магнитное поле Земли.

Вблизи Северного географического полюса находится южный магнитный полюс, вблизи южного географического – северный магнитный.

Гидросфера (водная оболочка) покрывает 71 % поверхности планеты и включает в себя Мировой океан, моря, озера, реки и подземные воды. Вода – сильнейший, почти универсальный растворитель: в 1 т океанической воды содержится 35 кг различных солей. Одним из замечательных ее свойств является то, что ее твердая фаза (лед) имеет при температуре замерзания плотность меньшую, чем жидкая вода. Поэтому замерзание водоемов начинается сверху, где зимой температура атмосферы понижается, и в глубине сохраняются условия, благоприятные для жизни. Значительная часть воды содержится вкриосфере – льдах Арктики и Антарктики, занимающей огромные пространства.

• атмофильные – склонны накапливаться в атмосфере;

• литофильные – образуют твердую оболочку планет;

• халькофильные – создают соединения с серой;

• сидерофильные – способны растворяться в сплавах железа.

Известно всего 66 минералов.

Современные концепции развития геосферных оболочек.

Гидросфера (водная оболочка) покрывает 71 % поверхности планеты и включает в себя Мировой океан, моря, озера, реки и подземные воды. Вода – сильнейший, почти универсальный растворитель: в 1 т океанической воды содержится 35 кг различных солей. Одним из замечательных ее свойств является то, что ее твердая фаза (лед) имеет при температуре замерзания плотность меньшую, чем жидкая вода. Поэтому замерзание водоемов начинается сверху, где зимой температура атмосферы понижается, и в глубине сохраняются условия, благоприятные для жизни. Значительная часть воды содержится вкриосфере – льдах Арктики и Антарктики, занимающей огромные пространства.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Разработка неклассической концепции глобальной эволюции Земли позволила с новых позиций представить развитие геосферных оболочек. Речь отнюдь не идет о простой констатации фактов, они интерпретируются в принципиалъно новой концепции.

В неклассической концепции глобалъной эволюции Земли в объяснении динамических истоков развития геосферных оболочек решающее значение придается: однородности: химического состава первичной Земли; изменению ее термодинамических состояний 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. Каждый новый шаг в осмыслении возникновения, эволюции, развития и коренных преобразований геосферных оболочек требует четкого выделения тех динамических факторов, которые определяют геологические события. В этом состоит суть, главное содержание неклассической концепции глобальной эволюции Земли.

Энергетическая динамика Земли определяется в основном тремя составляющими: энергией гравитации ~ 82%, энергией радиоактивного распада ~ 12%, приливной энергией ~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.

части за счет межзвездной материи, из которой образовалась Земля, и захвата ею метеоритов, в которых содержится около ЗО% железа. Стекание железа и его окислов в центр планеты привело к образованию ядра Земли. Более легкие вещества –SiO₂, MgО и др. при этом переходили в верхние слои планеты, где они, остывая, образовывали астеносферу и литосферу. Собственно мантия Земли оказывалась заключенной между ядром планеты и ее твердыми приповерхностными областями, т.е. литосферой (астеносферу иногда причисляют к мантии Земли или же считают самостоятельной геосферной оболочкой). Дегазация планеты привела к образованию атмосферы Земли. За счет конденсации водяных паров атмосферы образуется гидросфера.

Итак, около 4,6—4,0х1О 9 лет назад, 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.

Выражаясь несколько образно, атмосфера оказывает давление на литосферу и гидросферу, две последние упруго сжимают мантию планеты, которая в свою очередь спрессовывает ядро Земли. Если же идти от центра планеты к ее периферии, то динамическая картина оказывается другой. Ядро Земли притягивает к себе вещество всех других геосферных оболочек, охватывает их обручем инициированного им магнитного поля, нагревает мантию и достигающие его оболочки литосферы. Мантия Земли передает мощные потоки тепловой энергии литосфере, раздвигает океанское дно и перемещает литосферные плиты. Литосфера и гидросфера оказывают тепловое воздействие на атмосферу; выветриваясь и испаряясь, они передают ей также огромные массы вещества. Таким образом, геодинамическая активность Земли также имеет свою историю: она находится в полном соответствии с историей эволюции геосферных оболочек.

Истории эволюции геосферных оболочек: Земли сопряжены друг с другом, но каждая из этих историй имеет свои весьма своеобразные этапы. Земля - уникальная планета. Если бы в вей исходные концентрации веществ, в частности Fe, FeO, CO₂, H₂O были несколько другими, то тектоническая деятельность планеты вряд ли обеспечивала бы благоприятные условия для живых организмов, т.е. биоту. Имея это в виду Бесспорно, существует глубокая связь между космологическим, геологическим, биологическим и антропологическим знаниями.

3.Литосфера как абиотическая основа жизни.

Твёрдую оболочку Земли называют литосфера. Её можно сравнить со скорлупой, охватывающей всю поверхность Земли. Но эта "скорлупа" как бы растрескалась на части и состоит из нескольких крупных литосферных плит, медленно перемещающихся одна относительно другой. По их границам концентрируется подавляющее число землетрясений. Верхний слой литосферы - это земная кора, минералы которой состоят преимущественно из оксидов кремния и алюминия, оксидов железа и щелочных металлов. Земная кора имеет неравномерную толщину: 35-65 км. на континентах и 6-8 км. подо дном океана. Верхний слой земной коры состоит из осадочных пород, нижний из базальтов. Между ними находится слой гранитов, характерный только для континентальной коры. Под корой расположена так называемая мантия, имеющая иной химический состав и большую плотность. Граница между корой и мантией как уже отмечалось выше -я поверхностью Мохоровича. В ней скачкообразно увеличивается скорость распространения сейсмических волн.

На глубине 120-250 км под материками и 60-400 км. под океанами залегает слой мантии, называемый астеносферой. Здесь вещество находится в близком к плавлению состоянии, вязкость его сильно понижена. Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде. Более толстые участки земной коры, а так же участки, состоящие из менее плотных пород, поднимаются по отношению к другим участкам коры. В то же время дополнительная нагрузка на участок коры, например, вследствие накопления толстого слоя материковых льдов, как это происходит в Антарктиде, приводит к постепенному погружению участка. Такое явление называется изостатическим выравнивание. Ниже астеносферы, начиная с глубины около 410 км "упаковка" атомов в кристаллах минералов уплотнена под влиянием большого давления.

Литосфера - абиотическая основа жизни, биотические факторы и экологические функции литосферы связаны.

Эти и другие функции литосферы будут рассмотрены в следующей лекции.

4.Экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимическая.

Твёрдую оболочку Земли называют литосфера. Её можно сравнить со скорлупой, охватывающей всю поверхность Земли. Но эта "скорлупа" как бы растрескалась на части и состоит из нескольких крупных литосферных плит, медленно перемещающихся одна относительно другой. По их границам концентрируется подавляющее число землетрясений. Верхний слой литосферы - это земная кора, минералы которой состоят преимущественно из оксидов кремния и алюминия, оксидов железа и щелочных металлов. Земная кора имеет неравномерную толщину: 35-65 км. на континентах и 6-8 км. под дном океана. Верхний слой земной коры состоит из осадочных пород, нижний из базальтов. Между ними находится слой гранитов, характерный только для континентальной коры. Под корой расположена так называемая мантия, имеющая иной химический состав и большую плотность. Граница между корой и мантией называется поверхностью Мохоровича.

Изучением функции литосферы, закономерностями формирования литосферы, ее пространственно-временного изменения под влиянием природных и техногенных причин в связи с жизнью и деятельностью биоты и, прежде всего, человека., занимается экологическая геология – новое направление геологических наук.

Понятие “экологические функции литосферы” – понятие фундаментальное. Совокупность знаний о них рассматривается нами как теоретический базис экологической геологии. В развитие этого тезиса взаимодействие между компонентами литосферы и биоты, включая человека, предложено изучать и отражать через определенные функциональные зависимости – ресурсную, геодинамическую, геохимическую и геофизическую.

Развитие этих положений обусловило формирование учения об экологических функциях литосферы – совокупности теоретических положений и представлений об экологических функциях литосферы, эколого-геологических обстановках, их состоянии и экологических свойствах литосферы как ее специфических атрибутивных компонентах и определенную экологическую ориентированную систему воззрений на взаимоотношение литосферы и биоты.

В рамках этого учения было определено содержание целого ряда необходимых понятий:

а) экологические функции литосферы – функции, определяющие (отражающие) роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней природные и антропогенные геологические процессы, в жизнеобеспечении и эволюции биоты, главным образом, человеческого сообщества;

б) экологическое свойство литосферы – одна из сторон литосферы, ее специфический, экологически значимый атрибут, обусловленный природой ее вещественного состава, геодинамических, геохимических и геофизических полей и органически связанных с жизнеобеспечением биоты, условиями ее существования и эволюции;

в) эколого-геологическая система – геологический компонент природной среды (определенный объем литосферы) с находящейся в ней и на ней биотой и включающей три подсистемных блока – литосферный (абиотический), биоту (биотический) и источников воздействия техногенного и природного происхождения;

г) эколого-геологическая обстановка (условия) – совокупность конкретных экологических свойств литосферы, отражающих современное или палеосостояние условий жизнедеятельности живых организмов в данном объеме литосферы как среде их обитания;

д) состояние эколого-геологической обстановки (условий) или экологическое состояние литосферы (как нередко называют геологи) – временное ее состояние, оцениваемое спецификой появления одного, нескольких или совокупностью экологических свойств литосферы, в данный момент времени определивших степень (уровень) благоприятности и возможности проживания живых организмов.

Ресурсная и экологическая функция литосферы определяет роль минеральных органических и органоминеральных ресурсов литосферы, а также ресурсов геологического пространства, необходимых для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры (человеческое сообщество). Она изучается экологическим ресурсоведением.

Ресурсная функция верхних горизонтов литосферы заключается в ее потенциальной способности обеспечения потребностей биоты (экосистем) абиотическими ресурсами, в том числе и потребностей человека теми или иными полезными ископаемыми, необходимыми для существования и развития человеческой цивилизации. Причем с позиций биоцентризма потребности человека не должны вступать в противоречие с потребностями биоты в целом. Среди природных ресурсов на Земле по их значимости для развитых государств на первом месте стоят энергоресурсы. При современном уровне развития промышленности в мире технологическая энергетика создает и трансформирует огромное, если рассматривать планету в целом, количество энергии. Около 70% добываемых полезных ископаемых в мире составляют энергоресурсы. Следовательно, можно говорить о соизмеримости техногенного энергетического потенциала с энергетическим потенциалом Земли естественного происхождения, особенно на урбанизированных территориях. Потребности в энергоресурсах развитых стран все более и более возрастают. На фоне нехватки собственных природных ресурсов они стремятся захватить мировые рынки сбыта полезных, прежде всего нефти, угля, металлических и полиметаллических руд и т.д., объявляя их зоной национальных экономических интересов. Малейшие "сбои" в этих зонах приводят к тяжелейшим, прежде всего энергетическим и экономическим, кризисам в этих странах. В конечном итоге такой путь развития губителен для людей: все большее число стран, переходя в стадию экономически высокоразвитых государств, с одной стороны, будет вынуждено вступать в конфликты из-за ресурсов, а с другой - все более интенсивно эксплуатировать ресурсы слаборазвитых стран. В настоящее время в мире отмечается ресурсная напряженность, которая обусловливает необходимость перехода человечества к системному ресурсному мышлению. Этот переход, видимо, совершится в ближайшие годы, поскольку человечество для этого имеет, по оценкам экспертов, всего 3 - 4 десятилетия. Выработка соответствующей теоретической базы, касающейся ресурсов литосферы, - важнейшая проблема экологической геологии.

Геодинамическая экологическая функция литосферы отражает свойство литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные геологические процессы и явления. Она изучается экологической геодинамикой.

Геодинамическая функция литосферы в экологическом аспекте проявляется в ходе различных геологических процессов (экзогенных -оползней, обвалов, селей, береговой абразии, подтопления и т.д. и эндогенных – землятресений, вулканических извержений и т.д.), так или иначе влияющих на различные экосистемы, в том числе и человеческое общество. Эти процессы, как указывалось выше, делятся на природные геологические и процессы, вызванные человеком, техногенные - инженерно-геологические. Важно подчеркнуть, что последние могут по своей интенсивности, мощности и масштабам проявления существенно превосходить их природные аналоги, поэтому их прогнозу, оценке и инженерной защите территорий с развитыми на них экосистемами от негативного влияния инженерно-геологических процессов в экологической геологии уделяется первостепенное внимание. Пока нерешенных проблем в этой области очень много и среди них одна из центральных - выявление предельно допустимых уровней техногенных воздействий на геологическую среду и ее отдельные компоненты – почвы, горные породы, поземные воды, рельеф территории и развитые на нейгеологические, изменение которых влияет на различные экосистемы. Основная задача заключается в том, чтобы научиться правильно прогнозировать экологические последствия тех или иных техногенных воздействий на литосферу, а следовательно, научиться предотвращать негативные экологические процессы и тем самым влиять на разразившийся глобальный экологический кризис. Немалую роль в решении этой проблемы должен сыграть экологический мониторинг геологической среды - система постоянных наблюдений, контроля, оценки, прогноза и управления состоянием геологической среды с целью обеспечения ее экологических функций.

Геохимическая экологическая функция литосферы отражает свойство геохимических полей (неоднородностей) природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты в целом и здоровье человека в частности. Она изучается экологической геохимией .

Геохимическая функция литосферы в экологическом аспекте заключается в ее активном участии в процессах круговорота в природе. Причем одинаково важен анализ обеих сторон круговорота - как вредных, так и полезных для экосистем веществ. Геохимическая транспортировка различных элементов в пределах литосферы и экосистем могут осуществляться различными путями. В связи с чем выделяют механическую, физико-химическую, биогенную и техногенную миграцию, которая является предметом исследований экологической геохимии. Техногенная миграция веществ, как и общие закономерности техногенеза, еще далеко не установлены, однако в этой области уже открыт целый ряд важнейших законов, позволяющих охарактеризовать геохимическую функцию литосферы. Разработка методов управления состоянием и свойствами массивов горных пород верхних горизонтов литосферы с целью сохранения и обеспечения их экологических функций - практическое направление экологической геологии, которое интенсивно развивается в настоящее время. Задача управления успешно решается методами технической мелиорации горных пород, в арсенале которой имеются всевозможные способы целенаправленного активного влияния человека на состав, строение, состояние и свойства горных пород и их массивов. Применение этих методов позволяет менять состояние и свойства массивов горных пород в нужном направлении, получать массивы с заданными свойствами, осуществлять реабилитацию (очистку) территорий, почв, горных пород от всевозможных техногенных загрязнений и т.д. Разработка этих актуальных проблем позволит существенно продвинуть вперед решение многих задач геоэкологии и экологии и вплотную подойти к реализации идеи В.И. Вернадского о ноосфере - высшей фазе эволюции биосферы на Земле.

Геофизическая экологическая функция литосферы отражает совокупность свойств геофизических полей полей (неоднородностей) литосферы влиять на состояние биоты и человека. Она изучается экологической геофизикой.

В настоящее время разработан целенаправленный подход к оценке состояния эколого-геологических условий литосферы. Все критерии оценки органически связаны с экологическими свойствами литосферы и учитывать соответствующие функциональные зависимости между ее компонентами и биотой и быть ранжированными на единое число классов состояний. Выделяют четыре класса состояния литосферы – удовлетворительного (благоприятного), условно удовлетворительного (неблагоприятного), неудовлетворительного (весьма неблагоприятного), катастрофического, которым соответствуют четыре зоны нарушения экосистемы – нормы, риска, кризис и бедствия.

Это одно из важнейших теоретических и методических положений учения об экологических функциях литосферы, да и в целом экологической геологии.

Учение об экологических функциях литосферы охватывает не только идеологию исследования, его функциональную направленность, но и материальные атрибуты объекта изучения, такие, как экологические свойства литосферы, экологическое состояние литосферы и др., т.е. параметры, которые можно измерять, оценивать, классифицировать и моделировать. Следовательно, учение об экологических функциях литосферы формирует теоретическую и методическую основу проведения эколого-геологических исследований и отражения соответствующей информации.

Читайте также: