География. Пълно ръководство за подготовка за изпита. Основна биосферна среда: атмосфера, хидросфера, литосфера (почва)

Автономно висше учебно заведение професионално образование

Ленинградски държавен университеттях. A.S. Пушкин

ДОКЛАД

по тази тема:

Взаимодействието на литосферата, хидросферата и атмосферата.

филологически факултет, 1 курс

Ръководител: доктор на биологичните науки,

Професор Феодор Ефимович Илин.

Санкт Петербург-Пушкин

1. Въведение.

2. Компоненти на биосферата.

3. Взаимодействие на атмосферата, литосферата и хидросферата.

4. Заключение.

5. Източници.

Въведение.

Заобикаляща среда - необходимо условиеживот и дейност на обществото. Той служи като негово местообитание, най-важният източник на ресурси и оказва голямо влияние върху духовния свят на хората.

Природната среда винаги е била източник на човешкото съществуване. Взаимодействието на човека и природата обаче се е променяло през различните исторически епохи, а процесите, свързващи хидросферата, атмосферата и литосферата, са постоянни.

В. В. Докучаев, който открива закона географско зониране, отбеляза, че в природата шест природни компонента взаимодействат хармонично един с друг: земната кора на литосферата, атмосферният въздух, водата на хидросферата, флората и фауната на биосферата, както и почвата непрекъснато обменят материя и енергия помежду си.

Трите съставни части на биосферата - хидросферата, атмосферата и литосферата - са тясно свързани помежду си, образувайки единна функционална система.

Компоненти на биосферата.

Биосфера(от гръцки bios - живот; sphaire - топка) - обвивката на Земята, чийто състав, структура и енергия се определят от съвкупната активност на живите организми.

Биосферата обхваща горната част на земната кора (почва, основна скала), съвкупност от водни тела (хидросфера) и долната част на атмосферата (тропосферата и отчасти стратосферата) (фиг. 1). Границите на сферата на живота се определят от условията, необходими за съществуването на организмите. Горната граница на живота е ограничена от интензивната концентрация на ултравиолетовите лъчи, ниското атмосферно налягане и ниските температури. В зоната на критични екологични условия на надморска височина от 20 км живеят само по-ниски организми - спори на бактерии и гъби. Високата температура на недрата на земната кора (над 100 ° C) ограничава долната граница на живота. Анаеробни микроорганизми се намират на дълбочина от 3 км.

Биосферата включва части от хидросферата, атмосферата и литосферата.

Хидросфера- една от черупките на Земята. Той обединява всички свободни води (включва Световния океан, сухоземните води (реки, езера, блата, ледници), подземните води), които могат да се движат под влияние слънчева енергияи силите на гравитацията, за да преминават от едно състояние в друго. Хидросферата е тясно свързана с други обвивки на Земята - атмосферата и литосферата.

Хидросферата съдържа почти цялата маса от водород и кислород, както и натрий, калий, магнезий, бор, сяра, хлор и бром, чиито съединения са лесно разтворими в естествени води; 88% от общата маса на въглерода в биосферата се разтваря във водите на хидросферата. Наличието на вещества, разтворени във вода, е едно от условията за съществуването на живите същества.

Площта на хидросферата е 70,8% от повърхността на земното кълбо. Делът на повърхностните води в хидросферата е много малък, но те имат изключителна активност (сменят се средно на всеки 11 дни) и това е началото на формирането на почти всички източници на прясна вода на сушата. количество прясна водасъставлява 2,5% от общия брой, като почти две трети от тази вода се съдържа в ледниците на Антарктида, Гренландия, полярните острови, ледените лодки и айсберги, планинските върхове. Подземните води са на различна дълбочина (до 200 m и повече); дълбоките подземни водоносни хоризонти са минерализирани и понякога солени. В допълнение към водата в самата хидросфера, водните пари в атмосферата, подземните води в почвите и земна корав живите организми има биологична вода. При обща маса на живата материя в биосферата от 1400 милиарда тона, масата на биологичната вода е 80% или 1120 милиарда тона.

Преобладаващата част от хидросферните води е съсредоточена в Световния океан, който е основното затварящо звено на кръговрата на водата в природата. Той освобождава по-голямата част от изпарената влага в атмосферата.

Литосферата на Земятасе състои от два слоя: земна кора и част от горната мантия. Земната кора е горната твърда обвивка на Земята. Кората не е уникално образувание, присъщо само на Земята, т.к е на повечето земни планети, сателитът на Земята - Луната и спътниците на планетите-гиганти: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Въпреки това, само на Земята има два вида кора: океанска и континентална.

Океанската земна корасе състои от три слоя: горен седиментен, междинен базалт и долен габро-серпентинит, който доскоро беше включен в базалта. Дебелината му варира от 2 km в зони на средноокеански хребети до 130 km в зони на субдукция, където океанската кора потъва в мантията.

Седиментният слой се състои от пясък, животински остатъци и утаени минерали. Основата му често е покрита с тънки металосъдържащи седименти, неподдържани по протежение на стъпалото, с преобладаване на железни оксиди.

Базалтовият слой в горната част е съставен от толеитни базалтови лави, които поради характерната си форма се наричат ​​още възглавнички. Изложена е на много места в съседство със средноокеанските хребети.

Габро-серпентинитният слой лежи непосредствено над горната мантия.

Континентална кора, както подсказва името, се намира под континентите на Земята и големите острови. Подобно на океанската континентална кора, тя се състои от три слоя: горен седиментен, среден гранит и долен базалтов. Дебелината на този тип земна кора под младите планини достига 75 км, под равнините е от 35 до 45 км, а под островните дъги намалява до 20-25 км.

Седиментният слой на континенталната кора е образуван от глинести отлагания и карбонати на плитки морски басейни.

Гранитният слой на земната кора се образува в резултат на проникването на магма в пукнатини в земната кора. Състои се от силициев диоксид, алуминий и други минерали. На дълбочина 15-20 km често се проследява границата на Конрад, която разделя гранитните и базалтовите слоеве.

Базалтовият слой се образува по време на изливането на основни (базалтови) лави върху земната повърхност в зони на вътрешноплочен магматизъм. Базалтът е по-тежък от гранита и съдържа повече желязо, магнезий и калций.

Общата маса на земната кора се оценява на 2,8 × 1019 тона, което е само 0,473% от масата на цялата планета Земя.

Слоят под земната кора се нарича мантия. Под земната кора е отделена от горната мантия от границата на Мохорович или Мохо, установена през 1909 г. от хърватския геофизик и сеизмолог Андрей Мохорович.

Мантияе разделен от Голицинския слой на горен и долен, границата между които минава на дълбочина около 670 км. В горната мантия се отличава астеносферата - ламеларен слой, в който скоростите на сеизмичните вълни намаляват.

Литосферата на Земята е разделена на платформи. Платформиса относително стабилни области от земната кора. Те възникват на мястото на съществуващи по-рано гънкови структури с висока подвижност, образувани при затваряне на геосинклиналните системи, чрез тяхното последователно преобразуване в тектонически стабилни зони.

Литосферните платформи изпитват вертикални осцилаторни движения: те се издигат или падат. С такива движения са свързани трансгресии и регресии на морето, които многократно са се случвали през цялата геоложка история на Земята.

В Централна Азия формирането на планинските пояси на Централна Азия се свързва с най-новите тектонски движения на платформите: Тиен Шан, Алтай, Саян и др. Такива планини се наричат ​​възродени (епиплатформени или епиплатформени орогенни пояси или вторични орогени). Образуват се през орогенетичната епоха в райони, съседни на геосинклиналните пояси.

Атмосфера- газовата обвивка около планетата Земя, една от геосферите. Вътрешната му повърхност покрива хидросферата и частично земната кора, външната граничи с околоземната част на космическото пространство. Атмосферата се счита за тази област около Земята, в която газообразната среда се върти заедно със Земята като цяло; с такава дефиниция атмосферата преминава в междупланетното пространство постепенно, в екзосферата, започвайки от около 1000 km от земната повърхност, границата на атмосферата също може да се очертае условно на височина от 1300 km.

Земната атмосфера е възникнала в резултат на два процеса: изпаряване на веществото на космическите тела при падането им на Земята и отделяне на газове по време на вулканични изригвания (дегазиране земна мантия). С освобождаването на океаните и появата на биосферата атмосферата се промени поради газообмен с вода, растения, животни и продукти от тяхното разлагане в почви и блата.

В момента земната атмосфера се състои главно от газове и различни примеси (прах, водни капчици, ледени кристали, морска сол, продукти на горенето). Концентрацията на газовете, които изграждат атмосферата, е практически постоянна, с изключение на вода (H2O) и въглероден диоксид (CO2).

Слоеве на атмосферата: 1 Тропосфера, 2 Тропопауза, 3 Стратосфера, 4 Стратопауза, 5 Мезосфера, 6 Мезосфера, 7 Термосфера, 8 Термопауза

Озоновият слой е част от стратосферата на височина от 12 до 50 km (в тропическите ширини 25-30 km, в умерените ширини 20-25, в полярните ширини 15-20), с високо съдържаниеозон, образуван в резултат на действието на ултравиолетовото лъчение от Слънцето върху молекулния кислород (O2). В същото време с най-голяма интензивност, благодарение на процесите на кислородна дисоциация, чиито атоми след това образуват озон (O3), настъпва поглъщането на близката (до видима светлина) част от ултравиолетовата светлина на слънчевия спектър. В допълнение, дисоциацията на озона под въздействието на ултравиолетовото лъчение води до усвояването на най-твърдата част от него.

Раздел. 1. Черупката на Земята

име	АТМОСФЕРА	ХИДРОСФЕРА	БИОСФЕРА
Описание	Въздушната обвивка, долните граници на която минават по повърхността на хидросферата и литосферата, а горната се намира на разстояние около 1000 km. Тя включва йоносферата, стратосферата и тропосферата.	Заема 71% от земната повърхност. Средната соленост е 35 g / l, температурата варира от 3-32 ° С. Слънчевите лъчи проникват на дълбочина до 200 m, а ултравиолетовите - до 800 m.	Включва всички живи организми, които обитават атмосферата, хидросферата и литосферата.
име	ЛИТОСФЕРА	ПИРОСФЕРА	ЦЕНТРОСФЕРА
Описание	Твърда, каменна черупка, висока 5-80 км.	Огнената обвивка, която се намира точно под литосферата.	Наричат ​​го още ядрото на Земята. Намира се на дълбочина 1800 км. Състои се от метали: желязо (Fe), никел (Ni).

Определение.литосфера -това е твърда обвивка на Земята, състояща се от земната кора и горния слой - мантията. Дебелината му е различна, например на континентите - от 40-80 км, а под моретата и океаните - 5-10 км. Съставът на земната кора включва осем елемента (табл. 2, фиг. 2-9).

Раздел. 2. Състав на земната кора

име	Образ	име	Образ
кислород (O 2)	Ориз. 2. Кислород ()	желязо (Fe)
силиций (Si)		магнезий (Mg)
водород (H 2)		калций (Ca)
алуминий (Al)	Ориз. 5. Алуминий ()	натрий (Na)

Литосферата на Земята е хетерогенна. Много учени смятат, че тя е разделена от дълбоководни разломи на отделни парчета - плочи. Тези плочи са в постоянно движение. Благодарение на омекотения слой на мантията, това движение не се забелязва за човек, тъй като се случва много бавно. Но когато плочите се сблъскат, възникват земетресения, могат да се образуват вулкани, планински вериги... Като цяло общата земна площ на Земята е 148 милиона km 2, от които 133 милиона km 2 са обитаеми.

Определение.Почвата- Това е най-горният плодороден слой на земята, който е местообитание на много живи организми. Почвата е връзката между хидро, лито и атмосфера. Литосферата е необходима за растенията, гъбите, животните и хората, затова е толкова важно да я защитаваме и защитаваме. Нека разгледаме основните източници на замърсяване на литосферата (Таблица 3, Фиг. 10-14).

Раздел. 3. Източници на замърсяване на литосферата

	Описание	Образ
	Жилищни сгради и комунални услуги, от което има голямо количество строителни отпадъци, хранителни отпадъци.	Ориз. 10. Боклук, отпадъци ()
	Отрицателно въздействие се оказва и от промишлени предприятиязащото техните течни, твърди и газообразни отпадъци завършват в литосферата.	Ориз. 11. Промишлени отпадъци ()
	Въздействие селско стопанство, се изразява в замърсяване с биологични отпадъци и пестициди.	Ориз. 12. Селскостопански отпадъци ()
	Радиоактивен отпадък,в резултат на катастрофата в Чернобил, продуктите от освобождаването и полуразпада на радиоактивни вещества влияят неблагоприятно на всеки жив организъм.	Ориз. 13. Радиоактивни отпадъци ()
	Пътни газове, произлизащи от транспорта, които се утаяват в почвата и влизат в циркулацията на веществата.	Ориз. 14. Отработени газове ()

Отработените газове съдържат много тежки метали. Така че учените са изчислили това най-голямото числотежките метали попадат върху тези почви, които са в непосредствена близост до магистрали, в тях концентрацията на тежки метали може да бъде 30 пъти по-висока от нормата. Примери за тежки метали: олово (Pb), мед (Cu), кадмий (Cd).

Всеки трябва да разбере колко е важно да поддържаме жизнената среда възможно най-чиста. За тази цел много учени разработват методи за борба със замърсителите (Таблица 4).

Раздел. 4. Методи за контрол на замърсителите

	Характеристика на метода
	Организиране на разрешени депа, които заемат огромни площи, а отпадъците, които се намират върху тях, изискват продължителна обработка с участието на микроорганизми и кислород. Съответно в земната атмосфера се отделят вредни токсични вещества. Той също така води до размножаване на гризачи и насекоми, които са преносители на болести.
	По-ефективен начин е организация на инсинераторите, въпреки че когато отпадъците се изгарят, токсините също се отделят в земната атмосфера. Опитали се да ги почистят с вода, но след това тези вещества навлизат в хидросферата.
	Най-добрият метод е организация на заводи за рециклиране на отпадъци, докато част от отпадъците се преработват в компост, който може да се използва в селското стопанство. Някои от некомпостиращите се вещества могат да бъдат рециклирани. Примери: пластмаса, стъкло.

По този начин изхвърлянето на отпадъци е проблем за цялото човечество: както за отделните държави, така и за всеки човек.

Определение.Хидросфера - водна черупкаЗемя (схема 1).

Схема 1. Състав на хидросферата

95,98% - морета и океани;

2% - ледници;

2% - подземни води;

0,02% - сухоземни води: реки, езера, блата.

Хидросферата играе важна роля в живота на планетата. Той акумулира топлина и я разпределя по всички континенти. Също така от повърхността на Световния океан се образуват газообразни водни пари, които впоследствие падат заедно с валежите върху сушата. Така хидросферата взаимодейства с атмосферата, образувайки облаци, и с литосферата, падайки заедно с валежите на земята.

Вода- уникално вещество, без което никой организъм не може, тъй като участва във всички метаболитни процеси. Водата на земята може да бъде в различни агрегатни състояния.

Имало едно време именно във водата са били родени първите живи организми. И дори днес всички живи организми са в тясна връзка с водата.

Производителите и промишлените предприятия се опитват да се концентрират в непосредствена близост до водни обекти: реки или големи езера. V съвременен святводата е основният фактор, който определя производството и често участва в него.

Значението на хидросферата трудно може да бъде надценено, особено сега, когато темпът на нарастване на водоснабдяването и потреблението на вода се увеличава всеки ден. Много държави нямат пия водав необходимото количество, затова нашата задача е да поддържаме водата чиста.

Нека разгледаме основните източници на замърсяване на хидросферата (Таблица 5).

Раздел. 5. Източници на замърсяване на хидросферата

Раздел. 6. Мерки за опазване на чистата вода

За днес човешки факторе основната въздействаща връзка върху природата, върху всички живи организми без изключение. Но не трябва да забравяме, че биосферата може без нас, но ние не можем да живеем без нея. Трябва да се научим да живеем в хармония с природата и за това трябва да култивираме екологично мислене.

Следващият урок ще се фокусира върху мерките, които се предприемат за запазване на живота на Земята.

Библиография

1. Мелчаков Л.Ф., Скатник М.Н., Природни науки: учебник. за 3, 5 кл. сряда шк. - 8-мо изд. - М .: Образование, 1992 .-- 240 с .: ил.
2. Пакулова В.М., Иванова Н.В. Природа: неодушевена и жива 5. - М .: Дропла.
3. Есков К.Ю. и други / изд. Вахрушева A.A. Природни науки 5. - М .: Балас.

1. Referat.znate.ru ().
2. Miteigi-nemoto.livejournal.com ().
3. Dinos.ru ().

Домашна работа

1. Мелчаков Л.Ф., Скатник М.Н., Природни науки: Учебник. за 3, 5 кл. сряда шк. - 8-мо изд. - М .: Образование, 1992. - с. 233, въпроси от заданието. 13.
2. Кажете ни какво знаете за замърсителите на литосферата.
3. Разкажете ни за методите за запазване на чиста хидросфера.
4. * Подгответе резюме

Много важно за развитието на биосферата е хидросфера(произлиза от гръцките думи hydor - вода и spharia - сфера). Това е прекъсната водна обвивка на Земята, тя заема 70% земната повърхности се намира между атмосферата и твърдата земна кора (литосфера) и представлява съвкупност от океани, морета и повърхностни води на сушата. Освен това съставът на хидросферата включва също подземни води, лед и сняг на Арктика и Антарктика, както и атмосферни води и вода, съдържащи се в живите организми. По-голямата част от водата на хидросферата е съсредоточена в моретата и океаните, второто място по обем на водните маси е заето от подземните води, третото място е ледът и снегът на Арктическия и Антарктическия регион. Повърхността на водатаземните, атмосферните и биологично свързаните води съставляват части от процента от общия воден обем на хидросферата.

Химичният състав на хидросферата се доближава до средния химичен състав на морската вода.

Земята е уникална, защото съдържа много течна вода, която играе много важна роля при формирането на други характеристики на планетата. На първо място сред тях е изобилието от живот. Хидросферата е от съществено значение за съществуването на биосферата, тъй като животът е възникнал в хидросферата и повечето растения и животни се състоят предимно от вода.

Ролята на хидросферата е голяма за поддържането на относително непроменен климат, който позволи на живота да се възпроизвежда повече от три милиарда години. Изкопаеми останки от животни, растения и микроорганизми показват, че животът, който се е появил в ранния докамбрийски период, не е прекъсван и се развива по пътя на нарастващо разнообразие и подобрение.

Животът изисква температури в диапазона от 0 до 100 o C (границите на течната фаза на водата), което означава, че температурата през по-голямата част от историята на планетата е била относително постоянна.

В най-обширната част на хидросферата - океаносферата - се разграничават три области. В повърхностния слой (до дълбочина до 100 m) има достатъчно светлина за фотосинтеза, тук могат да живеят зелени растения; солеността на водата варира в зависимост от района. Батиалната зона (от 100 до 1500 m), където светлината прониква само в горните хоризонти, се отличава със слабо механично движение на водата и постоянна соленост. Абисалната зона (по-дълбока от 1500 m) е лишена от слънчева светлина... Температурата му не надвишава 4 ° C; няма растителни организми, но животните са широко разпространени до най-дълбоките депресии.

Повърхностните води, заемащи сравнително малък дял в общата маса на хидросферата, все пак играят важна роля в развитието на биосферата, като основен източник на водоснабдяване, напояване и поливане. Водите на хидросферата са в постоянно взаимодействие с атмосферата, земната кора (литосферата). Взаимодействието на тези води и взаимните преходи от един вид към друг представляват сложен воден цикъл в биосферата.

Естествените води се подразделят на повърхностни и подземни води. В същото време естествената вода е сложна, непрекъснато променяща се система, съдържаща минерални и органични вещества в суспендирано, колоидно и наистина разтворено състояние, както и газове. В суспендирано състояние естествените води съдържат глинени, пясъчни, гипсови и варовити частици, в колоидни - различни вещества от органичен произход, силициева киселина, железен хидроксид и други, в наистина разтворено състояние са предимно минерални соли, които обогатяват водата с йони, под формата на разтворени газове - въглероден диоксид, сероводород, метан.

Повърхностните води се характеризират с високо съдържание на неразтворими вещества, по-специално органични съединения. Освен пясъчни и глинести частици, те съдържат льос, тинови вещества, различни карбонатни съединения, хидроксиди на алуминий, манган и желязо, високомолекулни органични примеси от хумусен произход, понякога под формата на органоминерални комплекси, планктон и др. на суспендираните частици варират от колоидни до грубо диспергирани частици. Съдържанието на суспендирани твърди вещества в повърхностните водоизточници варира от няколко единици до десетки хиляди mg/l.

Подземните води, за разлика от повърхностните води, се отличават с малко количество органична материя и значително съдържание на минерални соли, а понякога и разтворени газове (H 2 S, CO 2, CH 4). При наличие на хидравлична връзка между повърхностните и подземните води, последните се характеризират с повишена окислимост. Съществува пряка зависимост между дълбочината на подземните води и степента на тяхната минерализация. Подземните води често се характеризират със значителна твърдост и високо съдържание на желязо, манган и флуор.

1.5. Литосфера, нейният състав и структура

Литосфера(произлиза от гръцките думи lithos – камък и spharia – сфера) – външната сфера на твърдата обвивка на Земята, която има голяма здравина, преминаваща без ясна граница в подлежащия слой – астеносферата (от гръцки asthenes – слаб). Веществото на астеносферата е способно на вискозен или пластичен поток. Очевидно именно в астеносферата протичат процеси, които причиняват хоризонтални и вертикални движения на големи участъци от земната кора. Дебелината на литосферата варира от 50-200 km. Горната част на литосферата образува земната кора, докато долната част образува горната част на земната мантия. Границата между тези части на литосферата се определя от скок в промяната в скоростта на разпространение на надлъжни и напречни еластични сеизмични вълни (т.нар. граница на Мохорович, или повърхност M).

Земната кора обикновено се разбира като сиалитната (състояща се главно от силициев диоксид и алуминий) обвивка на Земята, имаща средна плътност от около 2,7 g / cm 3. Земната кора, която, за разлика от хидросферата, е непрекъсната обвивка на нашата планета, се характеризира с хоризонтална и вертикална хетерогенност. Въз основа на геофизични данни за промяната в плътността на материята на земната кора отгоре надолу се разграничават следните слоеве: седиментни, гранитни, базалтови. Средната им плътност е 1,8-2,5; 2,5-2,75; 2,75-3,0 g / cm 3, съответно. Средната плътност на веществото под кората е 3,1-3,3 g / cm 3.

Седиментен слойсъставени основно от непроменени или леко променени седиментни скали (глини, пясъчници, конгломерати, варовици, доломити, гипс и др.), образувани на земната повърхност в резултат на повторно отлагане на продукти от атмосферни влияния и разрушаване на по-стари скали, химически и механични валежи от водата , жизнената дейност на организмите. Дебелината на седиментния слой е изключително променлива: на места липсва, на места достига дебелина 15-25 km. Средната му дебелина е много по-голяма в рамките на континентите, отколкото в океаните. Общият обем на седиментния слой е приблизително 10% от обема на цялата земна кора, а по-голямата част от съставните му скали пада върху континентите и шелфовете.

Гранитен слойсе състои главно от магмени скали от гранитната група (богати на силициев диоксид) и метаморфни скали, образувани в резултат на силно изменение (главно под действието на висока температура и налягане) на седиментни и магмени скали. Често идва на земната повърхност в районите на развитие на най-древните слоеве на нашата планета. Дебелината на слоя понякога достига 25-30 km.

Базалтов слойвероятно ще бъде предимно сложна с основни, т.е. относително бедни на силициев диоксид, скали от базалтов тип и метаморфни скали. Дебелината му, подобно на слоевете, разположени по-горе, е нестабилна. Под континентите достига 30 км, докато под океана варира от 2-3 до 10-15 км.

Биосферата включва само най-горната част на земната кора, а долната граница на биосферата има неясен, неясен характер, тъй като разпространението на живи организми от границата на литосферата с атмосферата и хидросферата във вътрешността на Земята намалява рязко. Отчетлива миграция на живота се отбелязва само на дълбочина от няколко десетки метра, но микроорганизмите достигат много по-големи дълбочини с подземни води, от порядъка на 2-3 km. Има единични случаи на откриване на микроорганизми в нефтоносни води и нефт, добити при сондаж от дълбочина около 4,5 км. Позицията на границата може да варира значително в зависимост от геоложка структуратерен, хидрогеоложки условия и геотермален градиент. Геотермалния градиент характеризира повишаването на температурата на скалите на земната кора с задълбочаване на всеки 100 m. На различни места има неравна стойност, обикновено в диапазона от 0,5-1 до 20 o C, и средно е около 3 o C. Основната физически фактортемпература, която определя границите на активността на микроорганизмите в земната кора. По-голямата част от микроорганизмите не могат да издържат на дълъг престой при температури, близки до 100 ° C, следователно долната граница на биосферата се счита за дълбочината, където температурата е близо до 100 ° C. В действителност разпространението на живота е ограничено не само от температурни условия, но и от други фактори и не винаги достига границата поради повишаването на температурата.

1.6. Почва: характеристики, свойства

Педосфера- сложна, специфична биогенна обвивка на земята, разположена на сушата на континентите и плитките води на моретата и езерата. Той играе ролята на земната геомембрана, подобно на функциите на биомембраните на живите организми. Това е своеобразна кожа на Земята, чрез която се осъществява постоянен обмен на материя и енергия между геосферите на планетата – атмосферата, хидросферата, литосферата и живите организми на биосферата. Почвата - геомембраната - регулира този обмен, позволявайки на някои вещества или енергийни потоци да преминават и отразяват, забавят, абсорбират други.

Почвата е специално природно образувание с редица свойства, присъщи на живата и неживата природа; се състои от генетично свързани хоризонти (образуват почвен профил), произтичащи от трансформацията на повърхностните слоеве на литосферата при комбинираното действие на вода, въздух и организми; характеризиращ се с плодовитост. В резултат на сложни биологични и химични взаимодействия на границата на почвата и горни слоевелитосферата е образуването на седиментни скали.

Почвената обвивка се е образувала в резултат на взаимодействието на геофизичните черупки на планетата; тя е продукт от обработката на първични скали и организми. Почвата е развила плодородие, т.е. способността да се произвежда реколта от растения.

Основателят на класическата почвознание В. В. Докучаев дава следната дефиниция на почвата: тя е специално естествено-историческо тяло, което образува горната рохкава обвивка на земната кора, образувана под комбинирания ефект на елементите на физико-географската среда и организми.

Почвата е хетерогенна вертикално. Това е комплекс от хоризонти, които се различават по физически свойства, цвят, общ вид и др. Съвкупността от генетични почвени хоризонти се обединява в понятието "почвен профил".

Всяка почва има свой характерен профил, т.е. последователността и естеството на хоризонтите. Генетичните хоризонти на почвата са тясно свързани и са продукт на химично и физическо взаимодействие, натрупване, миграция и диференциация на материята по време на почвообразуването. Броят, комбинацията, тежестта и свойствата на тези хоризонти са стабилни и характерни чертиза определени видове и разновидности на почвите.

Дебелината на почвения профил зависи от условията на почвообразуване и от продължителността на почвообразуващия процес. И така, в полярен климат, където условията са неблагоприятни за живота на организмите, ниски температури, вечна замръзване, бавно физическо и химическо изветряне на скалите, се образуват слабо развити почви с дебелина не повече от 10-20 cm.

В горещ, влажен тропически климат, където жизнената активност на организмите се повишава, а продуктите от изветряне и образуване на почвата не се отстраняват от ерозионни процеси, дебелината на почвата достига десетки метри. По този начин той не се ограничава само до обработваемия слой, а се определя от дълбочината на трансформиращото влияние на земните климатични фактори, кореновата система на растенията и почвената фауна.

Почвата има специфични физични свойства (които не се срещат в скалите): рохкавост, структура, водопропускливост, водозадържаща способност, аерация и абсорбционна способност. Поради високата си дисперсия, почвата може да задържа различни видове йони, газове и пари в абсорбирано състояние. Специфичните физични свойства на почвата създават благоприятни условия за развитието на кореновата система на растенията и заселването на висши и низши организми.

Най-важното химично свойство на почвата е натрупването в горния хоризонт на профила на хумус, продукт от смъртта на растения, почвени животни и микроорганизми. Органичната материя на хумуса служи като материална основа за жизнената дейност на почвените микроорганизми. Съставът на хумуса включва най-важните елементи, чиито съединения са необходими за храненето на растенията: азот, фосфор, калий и др.

Почвената влага съдържа различни газове, разтворени соли, хранителни и токсични вещества. Почвеният въздух съдържа увеличени количества въглероден диоксид, въглеводороди и водна пара. Почвата, за разлика от скалата, е биогенна. Горната част на почвения профил е пронизана с маса коренови системи, които непрекъснато растат, умират, разлагат се, са в основата на живота на микроорганизмите и животните. В 1 грам почва на хумусния хоризонт има стотици милиони и милиарди микроорганизми. Множество насекоми, ровещи се животни, гъсто обитават почвата и след като умрат, са източник на органична материя за живота на микроорганизмите. Почвените бактерии и гъбички участват активно в образуването на хумусни вещества, неспецифични органични съединения, специфични ензими, антибиотици, а понякога и токсини.

По този начин почвата е многофазна, полидисперсна система, състояща се от механични елементарни частици с различни размери, минерални или органични, микроагрегати, големи структурни единици и техните групи. Значителна част от почвата (около 50%) е заета от твърдата фаза. Останалото е представено от жива материя, вода и въздух.

Планетата Земя се състои от литосфера (твърда), атмосфера (въздушна обвивка), хидросфера (водна обвивка) и биосфера (сфера на разпространение на живи организми). Съществува тясна връзка между тези сфери на Земята, поради циркулацията на вещества и енергия.

Литосфера. Земята е сфера или сфероид, донякъде сплескан на полюсите, с обиколка на екватора от около 40 000 km.

В структурата на земното кълбо се разграничават следните черупки или геосфери: самата литосфера (външна каменна обвивка) с дебелина около 50 ... 120 km, мантията, простираща се на дълбочина 2900 km и ядрото - от 2900 до 3680 км.

Според най-често срещаните химични елементи, които съставляват земната обвивка, тя се разделя на горна - сиалитна, която се простира на дълбочина 60 km и има плътност от 2,8 ... 2,9 g / cm, и симатична, простираща се до дълбочина 1200 km и с плътност 3,0 ... 3,5 g / cm 3. Имената "сиалитна" (sial) и "симатична" (sima) черупки идват от обозначенията на елементите Si (силиций), Al (алуминий) и Mg (магнезий).

На дълбочина от 1200 до 2900 km има междинна сфера с плътност 4,0 ... 6,0 g / cm 3. Тази черупка се нарича "руда", тъй като в нея в Голям бройсъдържа желязо и други тежки метали.

По-дълбоко от 2900 км е ядрото на земното кълбо с радиус от около 3500 км. Ядрото се състои главно от никел и желязо и има висока плътност (10 ... 12 g / cm 3).

от физични свойстваземната кора е разнородна, дели се на континентален и океански тип. Средната дебелина на континенталната кора е 35 ... 45 km, максималната е до 75 km (под планинските вериги). В горната му част се намират седиментни скали с дебелина до 15 km. Тези скали са се образували за дълъг период от време. геоложки периодив резултат на замяната на моретата със суша, изменението на климата. Под седиментните скали има гранитен слой със средна дебелина 20 ... 40 km. Най-голяма е дебелината на този слой в районите на младите планини, той намалява към периферията на континента, а под океаните няма гранитен слой. Под гранитния слой има базалтов слой с дебелина 15 ... 35 km, съставен е от базалти и подобни скали.

Океанската кора има по-малко мощностотколкото континенталната (5 до 15 km). Горните слоеве (2 ... 5 km) се състоят от седиментни скали, а долните (5 ... 10 km) - от базалт.

Материалната основа на образуването на почвата са седиментните скали на повърхността на земната кора; магматични и метаморфни скали участват в образуването на почвите.

Основната част от скалите е образувана от кислород, силиций и алуминий (84,05%). Ако добавим още пет към тези три елемента - желязо, калций, натрий, калий и магнезий, тогава общо те ще възлизат на 98,87% от масата на скалите. Останалите 88 елемента представляват малко повече от 1% от масата на литосферата. Но въпреки ниското съдържание на микро- и ултрамикроелементи в скалите и почвите, много от тях са от голямо значение за нормалния растеж и развитие на всички организми. Понастоящем се обръща голямо внимание на съдържанието на микроелементи в почвата, както във връзка с тяхното значение в храненето на растенията, така и във връзка с проблемите на опазването на почвата от химическо замърсяване. Съставът на елементите в почвите зависи главно от състава им в скалите. Съдържанието на някои елементи в скалите и образуваните върху тях почви обаче се променя до известна степен. Това се дължи както на концентрацията на хранителни вещества, така и на протичането на почвообразуващия процес, при който има относително намаляване на редица основи и силициев диоксид. Така че почвите съдържат повече от литосферата, кислород (съответно 55 и 47%), водород (5 и 0,15%), въглерод (5 и 0,1%), азот (0,1 и 0,023%).

Атмосфера.Границата на атмосферата е мястото, където силата на гравитацията се компенсира от центробежната сила на инерцията, дължаща се на въртенето на Земята. Над полюсите се намира на надморска височина от около 28 хиляди км, а над екватора - 42 хиляди км.

Атмосферата се състои от смес от различни газове: азот (78,08%), кислород (20,95%), аргон (0,93%) и въглероден диоксид (0,03% обемни). Във въздуха се съдържат и малки количества хелий, неон, ксенон, криптон, водород, озон и др., които общо съставляват около 0,01%. Освен това въздухът съдържа водна пара и малко прах.

Атмосферата се състои от пет основни обвивки: тропосфера, стратосфера, мезосфера, йоносфера, екзосфера.

Тропосфера- долният слой на атмосферата, има дебелина от 8 ... 10 km над полюсите, в умерените ширини - 10 ... 12 km, и в екваториалните ширини - 16 ... 18 km. Тропосферата съдържа около 80% от масата на атмосферата. Почти цялата водна пара на атмосферата се намира тук, образуват се валежи и възниква хоризонтално и вертикално движение на въздуха.

Стратосферасе простира от 8 ... 16 до 40 ... 45 км. Той включва около 20% от атмосферата, водна пара почти липсва в нея. В стратосферата има озонов слой, който поглъща ултравиолетовото лъчение на слънцето и предпазва живите организми на Земята от смърт.

мезосфератасе простира на височина от 40 до 80 км. Плътността на въздуха в този слой е 200 пъти по-малка от тази на земната повърхност.

йоносферасе намира на надморска височина от 80 km и се състои основно от заредени (йонизирани) кислородни атоми, заредени молекули на азотен оксид и свободни електрони.

Екзосферапредставлява външните слоеве на атмосферата и започва на височина от 800 ... 1000 km от земната повърхност. Тези слоеве се наричат ​​още разсейваща сфера, тъй като тук газовите частици се движат с висока скорост и могат да избягат в космоса.

Атмосферае един от незаменимите фактори на живота на Земята. Слънчевите лъчи, преминаващи през атмосферата, се разпръскват, а също и частично поглъщат и отразяват. Особено водната пара и въглеродният диоксид абсорбират топлинните лъчи. Под въздействието на слънчевата енергия въздушните маси се движат и се формира климатът. Валежите, изпадащи от атмосферата, са фактор за почвообразуването и източник на живот за растителните и животинските организми. Съдържащият се в атмосферата въглероден диоксид се превръща в органична материя по време на фотосинтезата на зелените растения, а кислородът служи за дишането на организмите и протичащите в тях окислителни процеси. Голяма е стойността на атмосферния азот, който се улавя от азотфиксиращите микроорганизми, служи като елемент от храненето на растенията и участва в образуването на протеинови вещества.

Изветряването на скалите и минералите и почвообразуващите процеси протичат под въздействието на атмосферния въздух.

Хидросфера.По-голямата част от земната повърхност е заета от Световния океан, който заедно с езера, реки и други водни тела, разположени на земната повърхност, заема 5/8 от площта му. Всички води на Земята, които се намират в океаните, моретата, реките, езерата, блатата, както и подземните води съставляват хидросферата. От 510 милиона km 2 от земната повърхност 361 милиона km 2 (71%) се падат на Световния океан и само 149 милиона km 2 (29%) - на сушата.

Повърхностните води на сушата, заедно с ледниковите, са около 25 милиона km 3, тоест 55 пъти по-малко от обема на Световния океан. В езерата се концентрират около 280 хил. km 3 вода, около половината са пресни езера, а другата половина са езера с води с различна степен на соленост. Реките съдържат само 1,2 хил. km 3, тоест по-малко от 0,0001% от общото водоснабдяване.

Водите на открити водоеми са в постоянна циркулация, която свързва всички части на хидросферата с литосферата, атмосферата и биосферата.

Атмосферната влага участва активно във водния обмен, като с обем 14 хил. km 3 тя образува 525 хил. km 3 валежи, падащи на Земята, а целият обем на атмосферната влага се променя на всеки 10 дни, или 36 пъти годишно.

Изпаряването на водата и кондензацията на атмосферната влага осигуряват наличието на прясна вода на Земята. Около 453 хиляди км 3 вода се изпарява от повърхността на океаните годишно.

Без вода нашата планета би била гола каменна топка, лишена от почва и растителност. В продължение на милиони години водата разрушава скалите, превръщайки ги в боклуци, а с появата на растителност и животни допринася за процеса на образуване на почвата.

Биосфера. Биосферата включва повърхността на сушата, долните слоеве на атмосферата и цялата хидросфера, в която са широко разпространени живите организми. Според учението на В. И. Вернадски, биосферата се разбира като обвивката на Земята, чийто състав, структура и енергия се определят от дейността на живите организми. VI Вернадски посочва, че „на земната повърхност няма химическа сила, която да действа по-трайно и следователно по-мощна от живите организми, взети като цяло“. Животът в биосферата се развива под формата на изключително разнообразие от организми, които обитават почвата, долната атмосфера и хидросферата. Благодарение на фотосинтезата на зелените растения, слънчевата енергия се натрупва в биосферата под формата на органични съединения. Целият набор от живи организми осигурява миграцията химични елементив почви, атмосфера и хидросфера. Под влияние на живите организми в почвите протичат газообменни, окислителни и редукционни реакции. Произходът на атмосферата като цяло е свързан с газообменната функция на организмите. По време на фотосинтезата се образува и натрупва свободен кислород в атмосферата.

Под влияние на дейността на организмите се извършва изветряването на скалите и развитието на почвообразуващи процеси. Почвените бактерии участват в процесите на десулфикация и денитрификация с образуване на сероводород, серни съединения, N(II) оксид, метан и водород. Изграждането на растителните тъкани се осъществява поради селективното усвояване на хранителните вещества от растенията. След като растенията умрат, тези елементи се натрупват в горните почвени хоризонти.

В биосферата има две противоположни по посока на циркулация на вещества и енергия.

Големият или геоложки цикъл се случва под въздействието на слънчевата енергия. Химичните елементи на сушата участват в кръговрата на водата, които навлизат в реки, морета и океани, където се отлагат заедно със седиментни скали. Това е невъзстановима загуба от почвата съществени елементиподхранване на растенията (азот, фосфор, калий, калций, магнезий, сяра), както и микроелементи.

Малък или биологичен цикъл се осъществява в системата почва - растения - почва, докато хранителните вещества на растенията се отстраняват от геоложкия цикъл и се съхраняват в хумус. В биологичния цикъл има цикли, свързани с кислород, въглерод, азот, фосфор и водород, които непрекъснато циркулират в растенията и околната среда. Някои от тях се изтеглят от биологичния цикъл и под влияние на геохимични процеси преминават в седиментни скали или се пренасят в океана. Задачата на селското стопанство е да създава такива агротехнически системи, в които биогенните елементи да не влизат в геоложкия цикъл, а да се фиксират в биологичния цикъл, поддържайки почвеното плодородие.

Биосферата се състои от биоценози, които са хомогенна територия с еднотипна растителна общност, заедно с обитаващия я животински свят, включително микроорганизми. Биогеоценозата се характеризира със своите характерни почви, воден режим, микроклимат и релеф. Естествената биогеоценоза е относително стабилна, характеризира се със саморегулираща се способност. Включените в биогеоценозата видове се адаптират един към друг и към околната среда. Това е сложен, относително стабилен механизъм, способен да устои на промените в околната среда чрез саморегулиране. Ако промените в биогеоценозите надхвърлят тяхната саморегулираща способност, тогава може да настъпи необратимо разграждане на тази екологична система.

Земеделските земи са изкуствено организирани биогеоценози (агробиоценози). Ефективното и рационално използване на агробиоценозите, тяхната стабилност и продуктивност зависят от правилната организация на територията, системата на земеделие и други социално-икономически мерки. За да се осигури оптимално въздействие върху почвите и растенията, е необходимо да се познават всички взаимовръзки в биогеоценозата и да не се нарушава екологичното равновесие, което се е развило в нея.

Мантията на Земята- черупката на "твърдата" Земя, разположена между земната кора и ядрото на Земята. Заема 83% от Земята (без атмосферата) по обем и 67% по маса.

Той е отделен от земната кора от повърхността на Мохорович, върху която скоростта на надлъжните сеизмични вълни по време на прехода от земната кора към мантията на земята се увеличава рязко от 6,7-7,6 до 7,9-8,2 km / sec; мантията е отделена от ядрото на Земята от повърхността (на дълбочина около 2900 км), където скоростта на сеизмичните вълни пада от 13,6 до 8,1 км/сек. Земната мантия е разделена на долна и горна мантия. Последният от своя страна е разделен (отгоре надолу) на субстрата, слоя Гутенберг (слой с ниски скорости на сеизмичните вълни) и слоя Голицин (понякога наричан средна мантия). В дъното на земната мантия се разграничава слой с дебелина по-малко от 100 km, в който скоростите на сеизмичните вълни не се увеличават с дълбочина или дори леко намаляват.

Предполага се, че мантията на Земята е съставена от онези химични елементи, които по време на образуването на Земята са били в твърдо състояние или са били част от твърди химически съединения. От тези елементи преобладават: O, Si, Mg, Fe. Според съвременните схващания съставът на земната мантия се счита за близък до състава каменни метеорити... От каменните метеорити хондритите са най-близо до мантията на Земята. Предполага се, че преките проби от материала на мантията са скални фрагменти сред базалтовата лава, пренесени до повърхността на Земята; те също се намират заедно с диаманти във взривни тръби. Смята се също, че скалните фрагменти, издигнати с драга от дъното на разломите на средноокеанските хребети, са материал на мантия.

Фазовите преходи изглежда са характерна особеност на земната мантия. Експериментално е установено, че при високо налягане в оливин структурата на кристалната решетка се променя, появява се по-плътна опаковка от атоми, така че обемът на минерала забележимо намалява. В кварца такъв фазов преход се наблюдава два пъти при повишаване на налягането; най-плътната модификация е с 65 ° C по-плътна от обикновения кварц. Такива фазови преходи се считат за основната причина скоростите на сеизмичните вълни в слоя Голицин много бързо да нарастват с дълбочината.

Горна мантияедна от черупките на земното кълбо, непосредствено под земната кора. Той е отделен от последния Мохорович от повърхност, разположена под континентите на дълбочина от 20 до 80 km (средно 35 km) и под океаните на дълбочина 11-15 km от водната повърхност. Скоростта на разпространение на сеизмичните вълни (използвана като непряк метод за изследване на вътрешната структура на Земята) се увеличава с прехода от земната кора към горната мантия по скърцащ начин от около 7 до 8 km / s. Горната мантия се приема на дълбочина 900 km (когато мантията е разделена на горна и долна) и на дълбочина 400 km (при разделянето й на горна, средна и долна). Зоната на дълбочина 400-900 км се нарича Голицинският слой. Вероятно горната мантия е изградена от гранатови перидотити с примес на еклогит в горната част.

Еклогитът е метаморфна скала, състояща се от пироксен с високо съдържание на кварц и рутил (минерал, съдържащ примес от желязо, калай, ниобий и тантал TiO 2 - 60% титан и 40% кислород).

Важна характеристикаструктури на горната мантия - наличието на зона с ниски скорости на сеизмичните вълни. Има различия в структурата на горната мантия под различни тектонски зони, например под геосинклинали и платформи. В горната мантия се развиват процеси, които са източник на тектонски, магматични и метаморфни явления в земната кора. В много тектонски хипотези на горната мантия се отрежда важна роля; например се предполага, че земната кора е образувана чрез топене от материала на горната мантия , че тектонските движения са свързани с движения в горната мантия и др. Образците от най-горната част на земната мантия се състоят главно от ултраосновни (перидотит и пироксенит) и основни (еклогит) скали. Обикновено се смята, че мантията на Земята е почти изцяло съставена от оливин [(Mg, Fe) 2 SiO 4], в който магнезиевият компонент (форстерит) силно преобладава, но делът на железния компонент (фаялит) може да се увеличава с дълбочина . Австралийският петрограф Рингууд предполага, че мантията на Земята е съставена от хипотетична скала, която той нарече пиролит, която по състав съответства на смес от 3 части периодит и 1 част базалт. Теоретичните изчисления показват, че в долната мантия на Земята минералите трябва да се разлагат на оксиди. До началото на 70-те години на 20-ти век се появяват и данни, показващи наличието на хоризонтални нехомогенности в мантията на Земята.

Няма съмнение, че земната кора е излязла от мантията на Земята; процесът на диференциация на земната мантия продължава и до днес. Има предположение, че ядрото на Земята също нараства поради земната мантия. Процесите в земната кора и земната мантия са тясно свързани; по-специално, енергията за тектоничните движения на земната кора изглежда идва от мантията на Земята.

Долната мантия на Земята - съставна частмантия на Земята, простираща се от дълбочина от 660 (граница с горната мантия) до 2900 km. Изчисленото налягане в долната мантия е 24-136 GPa, а материалът от долната мантия не е достъпен за директно изследване.

В долната мантия има слой (слой D), в който скоростта на сеизмичната вълна е необичайно ниска и има хоризонтални и вертикални неравности. Предполага се, че се образува от възходящото проникване на Fe и Ni в силикати, които се стопяват от тези потоци. Това е изключително важно, тъй като някои изследователи смятат, че части от субдукционната плоча се натрупват на 660 km от границата и стават експоненциално по-тежки и потъват в ядрото и се натрупват в слой D.

земната кора- най-горната от твърдите черупки на земята. Долната граница на земната кора е интерфейсът, при преминаване отгоре надолу, надлъжните сеизмични вълни рязко увеличават скоростта от 6,7-7,6 km / s до 7,9-8,2 km / s (виж повърхността на Мохорович). Това е знак за смяната на по-малко еластичен материал с по-еластичен и по-плътен. Слоят на горната мантия, който лежи в основата на земната кора, често се нарича субстрат. Заедно със земната кора тя изгражда литосферата. Земната кора е различна на континентите и под океана. Континенталната кора обикновено има дебелина 35-45 km, в районите на планинските страни - до 70 km. Горната част на континенталната кора е изградена от прекъснат седиментарен слой, състоящ се от непроменени или леко променени седиментни и вулканични скали с различна възраст. Слоевете често са набръчкани, разкъсани и изместени по процепа. На места (на щитове) седиментната обвивка липсва. Останалата част от континенталната кора е разделена от скоростите на сеизмичните вълни на 2 части с конвенционални имена: за горната част - "гранитният" слой (скорост на надлъжните вълни до 6,4 km / sec), за долната част - " базалтов" слой (6,4 -7,6 km / s). Очевидно "гранитният" слой е изграден от гранити и гнайси, а "базалтовият" слой - базалти, габро и много силно метаморфозирани седиментни скали в различни пропорции. Тези 2 слоя често са разделени от повърхността на Конрад, при прехода на която скоростите на сеизмичните вълни рязко нарастват. Очевидно съдържанието на силициев диоксид в земната кора намалява с дълбочина и съдържанието на железни и магнезиеви оксиди се увеличава; в още по-голяма степен това става при прехода от земната кора към субстрата.

Дебелината на океанската кора е 5-10 km (заедно с водния стълб - 9-12 km). Той е разделен на три слоя: под тънък (по-малко от 1 km) слой от морски седименти лежи „вторият“ слой със скорости на P-вълната 4-6 km/sec; дебелината му е 1-2,5 км. Вероятно е съставен от серпентинит и базалт, вероятно със седиментни междинни слоеве. Долният, "океански" слой със средна дебелина около 5 km има скорост на разпространение на сеизмичните вълни от 6,4-7,0 km/sec; вероятно е сложно габро. Дебелината на седиментния слой на дъното на океана е променлива, на някои места изобщо няма. В преходната зона от континента към океана се наблюдава междинен тип кора.

Земната кора е обект на постоянно движение и промяна. В необратимото си развитие подвижните зони - геосинклинали - се трансформират чрез дългосрочни трансформации в относително спокойни зони - платформи. Съществуват редица тектонски хипотези, които обясняват развитието на геосинклинали и платформи, континенти и океани, както и причините за развитието на земната кора като цяло. Несъмнено основните причини за развитието на земната кора се крият в по-дълбоките земни недра; следователно изследването на взаимодействието на земната кора и горната мантия представлява особен интерес.

Земната кора е близо до състояние на изостаза (равновесие): колкото по-тежка, тоест по-дебела или плътна е част от земната кора, толкова по-дълбоко е потопена в субстрата. Тектоничните сили нарушават изостазата, но когато те отслабнат, земната кора се връща в равновесие.

Фигура 25 - Земна кора

Ядрото на Земята -централна геосфера с радиус около 3470 км. Съществуването на земното ядро ​​е установено през 1897 г. от немския сеизмолог Е. Вихерт, дълбочината (2900 км) е определена през 1910 г. от американския геофизик Б. Гутенберг. Няма консенсус относно състава на земното ядро ​​и неговия произход. Може би се състои от желязо (с примес на никел, сяра, силиций или други елементи) или негови оксиди, които придобиват метални свойства при високо налягане. Има мнения, че ядрото е образувано от гравитационна диференциация на първичната Земя по време на нейния растеж или по-късно (първо изразено от норвежкия геофизик В. М. Орован и съветския учен А. П. Виноградов, 60-70-те години).

повърхност на Мохоровичич -границата между земната кора и земната мантия Повърхността на Мохорович се установява според сеизмичните данни: скоростта на надлъжните сеизмични вълни при преминаване (отгоре надолу) през повърхността на Мохорович се увеличава рязко от 6,7-7,6 до 7,9-8,2 km/s , и напречно - от 3,6-4,2 до 4,4-4,7 km/s. Различни геофизични, геоложки и други данни показват, че плътността на материята също се увеличава рязко, вероятно от 2,9-3 до 3,1-3,5 t / m 3. Най-вероятно е повърхността на Мохорович да разделя слоеве с различен химичен състав. Мохорович, повърхността е кръстена на А. Мохорович, който я е открил.

От първите три геосфери водещата роля несъмнено принадлежи на земната кора, тъй като нейната обща маса е многократно по-голяма от общата маса на другите две черупки. Следователно данните за относителното съдържание на един или друг химичен елемент в земната кора могат да се считат до голяма степен като отразяващи съдържанието му в биосферата като цяло.

Външната твърда обвивка на Земята - земната кора е повече от 99% съставена само от 9 основни елемента: O (47%), Si (29,5%), Al (8,05%), Fe (4,65%), Ca (2,96). %), Na (2,50%), К (2,50%), Mg (1,87%), Ti (0,45%). Общо - 99, 48%. От тях кислородът е абсолютно преобладаващ. Можете ясно да видите колко остава за всички останали елементи. Това е тегловно, тоест в тегловни проценти.

Има и друг вариант за оценка - по обем (обемни проценти). Изчислява се, като се вземе предвид размерът на атомните и йонните радиуси в специфични минерални съединения, образувани от тези елементи. Съдържанието в земната кора на най-разпространените елементи в обемни проценти е (по V.M. Goldschmidt): O - 93,77%, K - 2,14%, Na - 1,60%, Ca - 1,48%, Si - 0,86%, Al - 0,76 %, Fe - 0,68%, Mg - 0,56%, Ti - 0,22%.

Доста значителни разлики в разпределението на атомите на химичните елементи по тегло и обем са очевидни: при рязко намаляване на относителното съдържание на Al и особено Si (поради малкия размер на техните атоми, а за силиция - в още по-голяма степен на йони в неговите кислородни съединения), още по-ясно се подчертава водещата роля на кислорода в литосферата.

В същото време бяха разкрити „аномалии“ в съдържанието на някои елементи в литосферата:

„Потопяването“ в съдържанието на най-леките елементи (Li, Be, B) се обяснява с особеностите на процеса на нуклеосинтеза (преобладаващо образуване на въглерод в резултат на комбинацията от три хелиеви ядра наведнъж); относително високо съдържание на елементи, които са продукти на радиоактивен разпад (Pb, Bi, а също и Ar сред инертните газове).

В условията на Земята съдържанието на още два елемента е необичайно ниско: H и He. Това се дължи на тяхната "нестабилност". И двата елемента са газове и освен това най-леките. Следователно атомният водород и хелият са склонни да се движат към горните слоеве на атмосферата и оттам, без да бъдат задържани от гравитацията, се разпръскват в космическото пространство. Водородът все още не е напълно загубен, тъй като по-голямата част от него се съдържа в химични съединения - вода, хидроксиди, хидрокарбонати, хидросиликати, органични съединения и др. А хелият, който е инертен газ, постоянно се образува като продукт на радиоактивен разпад на тежки атоми.

Така земната кора по същество представлява пакет от кислородни аниони, свързани помежду си от силициеви и метални йони, т.е. Състои се почти изключително от кислородни съединения, главно силикати на алуминий, калций, магнезий, натрий, калий и желязо. Освен това, както вече знаете, дори елементите представляват 86,5% от литосферата.

Най-често срещаните елементи се наричат ​​макронутриенти.

Елементи, чието съдържание е стотни от процента или по-малко, се наричат ​​микроелементи. Това понятие е относително, тъй като специфичен елемент може да бъде микроелемент в една среда, а в друга може да се счита за основен, т.е. макроелементи (Например Al в организмите е микроелемент, а в литосферата - макроелемент, желязото в почвите е макроелемент, а в живите организми - микроелемент).

Терминът "кларк" се използва за обозначаване на стойността на съдържанието на определен елемент в определена среда. Този термин е свързан с името на F.U. Кларк, американски геохимик, който е първият, който изчислява средното съдържание на химични елементи в различни видове скали и в литосферата на базата на обширен аналитичен материал. В памет на неговия принос A.E. Ферсман през 1924 г. предлага да се нарече средното съдържание на всеки конкретен елемент в определена материална среда кларк на този химичен елемент. Мерната единица за кларк е g / t (тъй като е неудобно да се използват процентни стойности при ниски стойности на кларк на много елементи).

Повечето предизвикателна задачае определението за кларк за литосферата като цяло, тъй като структурата й е много.

Вътре в скалите силикатите са разделени на киселинни и основни.

В кисели концентрациите на Li, Be, Rb, TR, Ba, Tl, Th, U, Ta са относително повишени.

Основните са Cr, Sc, Ni, V, Co, Pt.

Да дадем реда на кларките различни елементиспоред V.F. Барабанов:

Повече от 10 000 ppm - O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

1000-10 000 - Mn, Ti.

100-1000 - C, F, P, S, Cl, Rb, Sr, Zr, Ba.

10-100 - Pb, Th, Y, Nb, La, Ce, Nd, Li, B, N, Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga.

1-10 - Eu, Dy, Ho, Er, Yb, Hf, Ta, W, Tl, U, Ge, As, Br, Mo, Sn, Sc, Pm, Sm, Be.

0,1-1,0 - Cd, Bi, In, Tu, I, Sb, Lu.

0,01-0,1 - Ar, Se, Ag, Hg.

0,001-0,01 - Re, Os, Ir, Ru, Rh, Pd, Te, Pt, He, Au.

Според тази градация елементите с кларк над 1000 g/t ще бъдат класифицирани като макронутриенти. Тези с по-ниски кларки са микроелементи.

Отчитането на кларковете несъмнено е необходимо за правилното разбиране на законите, регулиращи миграцията на химичните елементи. Различното разпространение на елементите в природата има неизбежна последица за много от тях наличието на съществени различия в поведението им в лабораторни условия и в природата. С намаляване на кларка активната концентрация на елемента намалява и става невъзможно да се утаи независима твърда фаза от водни разтвории други методи за образуване на самостоятелни минерални видове. Следователно способността за самостоятелно минералообразуване зависи не само от химичните свойства на елемента, но и от неговия кларк.

Примери: S и Se са химически завършени аналози и тяхното поведение в естествените процеси е различно. S е ключов елемент в много природни процеси. Сероводородът играе важна роля в химични процесисрещащи се в дънните седименти и в дълбините на земната кора, при образуването на отлагания на редица метали. Сярата образува самостоятелни минерали (сулфиди, сулфати). Водородният селенид не играе съществена роля в естествените процеси. Селенът се диспергира като примес в минерали, образувани от други елементи. Разликите между K и Cs, Si и Ge са сходни.

Една от най-важните разлики между геохимията и химията е, че геохимията разглежда само онези химични взаимодействия, които възникват в специфични природни условия. Освен това отчитането на кларковете (поне техните разряди) в този смисъл е основно изискване за всякакви геохимични конструкции.

Съществуват и дори доста широко разпространени независими минерални фази на редица елементи с ниски кларки. Причината е, че в природата съществуват механизми, които позволяват да се осигури образуването на повишени концентрации на определени елементи, в резултат на което съдържанието им в някои области може да бъде многократно по-високо от кларк. Следователно, в допълнение към кларка на елемента, е необходимо да се вземе предвид стойността на неговата концентрация в сравнение със съдържанието на кларк.

Концентрацията на Кларк е съотношението на съдържанието на химичен елемент в даден специфичен природен материален агрегат ( роки т.н.) на неговия кларк.

Примери за коефициенти на концентрация на някои химични елементи в техните рудни находища: Al - 3,7; Mn 350; Cu - 140; Sn - 250; Zn - 500; Au - 2000г.

На тази основа елементите с ниски кларкове се подразделят на две качествено различни групи, които вече са ви известни. Тези, за чието разпространение не се характеризират с високи стойности на CC, се наричат разпръснати(Rb, Ga, Re, Cd и др.). Способен да образува повишени концентрации с високи стойности на CC - рядко(Sn, Be и др.).

Различията в постигнатите CC стойности обуславят различна роля на определени елементи в историята на материално-техническата дейност на човечеството (от древни времена известните метали с ниски кларки Au, Cu, Sn, Pb, Hg, Ag.. - и по-често Al, Zr ...).

Изоморфизмът играе важна роля в процесите на концентрация и разпръскване на елементите в земната кора – свойството на елементите да се заместват един друг в структурата на минерала. Изоморфизмът е способността на химични елементи, сходни по свойства, да се заместват в променливи количества в кристалните решетки. Разбира се, той е характерен не само за микроелементите. Но именно за тях, особено за разпръснатите елементи, той придобива водещо значение като основен фактор за закономерността на тяхното разпространение. Разграничаване на перфектния изоморфизъм - когато взаимозаменяемите елементи могат да се заменят един друг във всяко съотношение (ограничени само от съотношенията на съдържанието на тези елементи в системата), и несъвършения - когато заместването е възможно само до определени граници. Естествено, колкото по-близки са химичните свойства, толкова по-съвършен е изоморфизмът.

Правете разлика между изоморфизъм изовалентен и хетеровалентен.

Общото на типа химическа връзка е това, което химиците наричат ​​степен на йонност - ковалентност. Пример: хлоридите и сулфидите не са изоморфни, а сулфатите с манганати са изоморфни.

Механизмът на изовалентния изоморфизъм.Еднородност на химичната формула на образуваните съединения и образуваната кристална решетка. Тоест, ако рубидият е потенциално способен да образува съединения със същите елементи като калия и кристалната структура на такива съединения е от същия тип, тогава атомите на рубидий са способни да заменят калиеви атоми в неговите съединения.

Разделянето на химичните елементи на макро- и микроелементи, а последните на редки и разпръснати, е от голямо значение, тъй като в природата не всички химични елементи образуват независими съединения. Това е присъщо главно на елементи с високи кларки или с ниски, но способни да образуват локално високи концентрации (тоест рядко).

Да бъдеш в природата в дисперсно състояние и навсякъде (само в различни концентрации) е свойство на всички химични елементи. Този факт е посочен за първи път от V.I. Вернадски и той получи името на закона на Вернадски за дисперсията на химичните елементи. Но някои от елементите, освен в разпръсната форма на присъствие, могат да присъстват в природата и под друга форма – под формата на химични съединения. А елементите с ниски концентрации присъстват само в дисперсна форма.

Механизмът на хетеровалентния изоморфизъммалко по-сложно. За първи път той обръща внимание на наличието на този вид изоморфизъм в края на 19 век. Г. Чермак. Той доказа, че много сложни химични формули, получени за повечето минерални съединения от силикатния клас, се дължат именно на хетеровалентен изоморфизъм, когато цели групи от атоми взаимно се заместват. Този тип изоморфизъм е много характерен за силикатните съединения.

Други възможности за намиране на разпръснати атоми на елементи в земната кора са локализирането им в дефекти на кристалната решетка, в нейните кухини, както и в сорбирано състояние на повърхността на други частици, включително колоидни.