ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.08.2019
Просмотров: 10660
Скачиваний: 7
СОДЕРЖАНИЕ
Современная мантия охвачена мощными конвективными движениями, за счет которых тепловая энергия ядра и мантии передается другим геосферным оболочкам. Теплопотери Земли приведут к ее остыванию и переходу мантии в твердое литосферное состояние.
Формирование литосферы. Литосфера образовалась в процессе остывания и кристаллизации частично расплавленного вещества мантии Земли. Ее часто называют «силикатным льдом». Имеется в виду, что литосфера, состоящая в основном из силикатов, т.е. солей кремниевых кислот, содержащих SiO2, формируется подобно образованию льда при замерзании воды. Формирование литосферы началось 4–3,5 млрд. лет назад. Около 2 млрд. лет ушло на формирование cyперконтинента Пангеи. Последующая тектоническая деятельность Земли привела к раскалыванию Пангеи и образованию новых суперконтинентов.
Современная история литосферы связана прежде всего с тектоникой океанических плит. При раздвижении литосферы вещество астеносферы внедряется в разломы рифтовых зон и, охлаждаясь, образует молодую океаническую литосферу. Океаническая кора cпособна надвигаться на концы континентальных плит, в результате чего образуются складчатые структуры. Обломки океанических литосферных плит, увлекаясь мантийными потоками, опускаются вплоть до ядра Земли, перемешиваются с другим мантийным веществом и вновь поднимаются на поверхность. Так осуществляются циклы тектонической деятельности Земли. В далеком будущем непременно произойдет их замедление, вплоть до полной остановки.
Формирование гидросферы. Молодая Земля была лишена гидросферы. Последняя появилась благодаря дегазации Земли, инициируемой изливавшимися на ее поверхность мантийными расплавами, которые, попав в условия с минимальным давлением, вскипали (как известно, температура кипения тем ниже, чем меньше давление) и выделяли летучие вещества, в том числе пары воды. Чем сильнее нарастали конвективные явления в мантии, тем чаще ив большей массе извергались на поверхность Земли потоки магмы и тем больше становился объем первоначально неглубокого океана. Из-за поглощения части воды океанической, а также континентальной корой глубина океана увеличивалась медленно. И лишь после полного насыщения водой слоя океанической коры, а произошло это около 2,2 млрд, лет назад, дно океана стало быстро опускаться (до средней глубины современного океана).
Наибольший приток воды происходил в период охвата конвективными движениями всей мантии Земли, т.е. около 2,6 млрд. лет назад. Приток воды в Мировой океан имеет место и в наши дни, он будет продолжаться и в дальнейшем. Ослабление тектонической активности Земли, остывание ее мантии, образование в этой связи особо глубоких океанических впадин и поглощение части воды глубоко стегающими осадочными породами океанической литосферы приведет к тому, что будут вновь видны срединно-океанические хребты.
Формирование атмосферы. Согласно концепции глобальной эволюции Земли история атмосферы связана с дегазацией планеты отнюдь не меньше, чем история гидросферы. Полагают, однако, что уже на ранних этапах своей эволюции (4,7–4 млрд. лет назад) Земля, еще не приобретя гидросферы, уже обладала атмосферой, но крайне разреженной. Она состояла главным образом из летучих соединений, которые распространены в космосе, т.е. Н2, Не, N2, CH4, NH3, С02, СО.
Рождение плотной атмосферы оказалось связанным с выделением тех летучих соединений, которые попали на Землю в связанном состоянии: вода – с гидросиликатами, азот – с нитритами и нитратами, углекислый газ – с карбонатами и т.д. Подлинным динамическим источником атмосферы Земли оказалась начавшаяся ее активная дегазация (4 млрд. лет назад). Около 3 млрд. лет назад Земля пыла окутана плотной, состоящей в основном из азота (N2) и углекислого газа (С02) атмосферой с давлением до 4 атм. Последующая история Земли связана в основном со своеобразной «заменой» углекислого газа кислородом.
Насыщение слоя океанической коры водой сопровождалось связыванием С02 в карбонаты (доломиты), поскольку при избытке углекислого газа в атмосфере реакции гидратации сопровождаются его связыванием в карбонаты.
Это привело к извлечению углекислого газа из атмосферы и снижению его парциального давления почти до современного. Обеднение атмосферы СО2 –газом, задерживающим инфракрасное (тепловое) излучение Земли, привело к резкому снижению приземной температуры (с 90 до 6°С), которое 2,4 млрд. лет назад сопровождалось грандиозным оледенением.
Активную роль в извлечении углекислого газа из атмосферы сыграли также зеленые растения и фотосинтезирующие микроорганизмы. Речь идет о процессе фотосинтеза, суммарное выражение которого выглядит следующим образом:
Насыщение атмосферы кислородом происходило также благодаря фотолизу паров воды под воздействием коротковолнового излучения Солнца:
Н2О -» ОН + + Н +, 4ОН +- -> О2 + 2Н2О,
а также галогенизации оксидов щелочных и щелочноземельных металлов:
2Na2O + 2С12 – 4NaCl + О2; 2СаО + 2F2 = 2CaF2 + О2.
Далеко не весь кислород переходил непосредственно в атмосферу. Его мощным поглотителем являлось свободное железо:
3Fe + 2О2 -> Fe3O4 (Fe2O3 • FeO).
Свободное железо исчезло из мантии Земли около 600 млн. назад. Это способствовало увеличению концентрации кислорода в атмосфере, что благоприятствовало быстрому развитию многоклеточных организмов.
В современных условиях выделяющийся в мантии кислород частично поглощается:
4FeO + О2 -> 2Fe2O3.
Расчеты показывают, что через 600 млн. лет содержащееся в мантии железо окажется в состоянии магнетита (Fe3O4). Магнетит устойчив в мантии, но при переходе в ядро Земли он распадается:
2Fe3O4 -> 6FeO + О2.
Свободный кислород, не встречая препятствий, устремится в атмосферу. Это, согласно расчетам, приведет к быстрому росту давления атмосферы (до 10 атм), приземная температура достигнет 250°С. После вскипания воды океанов давление возрастет до 350 атм, а приземная температура – до 450°С. В новых условиях жизнь окажется невозможной.
Подводя итог, отметим, что с позиций концепции глобальной эволюции Земли развитие геосферных оболочек связано главным образом с динамическими факторами. Среди них наиглавнейшим является энергия, выделяемая в процессе химико-плотностной дифференциации вещества в мантии и ядре Земли. Механизм химико-плотностной дифференциации вещества определяет как само наличие геологических явлений, так и их специфику.
4.3. Литосфера как абиотическая основа жизни
4.3.1. Понятие литосферы
Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору и часть верхней мантии. Это особый слой толщиной порядка 100 км.
Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется резким уменьшением вязкости пород, изменением скорости распространения сейсмических волн и увеличением электропроводности пород.
Актуальность изучения литосферы обусловлена тем, что она является источником всех минеральных ресурсов, одним из основных объектов антропогенной деятельности. В верхней части континентальной земной коры развит почвенный слой, значение которого для человека трудно переоценить. Почва – органоминеральный продукт, созданный в результате многолетней деятельности живых организмов и воздействия абиотических факторов: воды, воздуха, солнечного тепла, света. Она является одним из важнейших природных ресурсов. В зависимости от климатических и геолого-географических условий почвы имеют толщину от 15–25 см до 2–3 м.
Почва возникла вместе с живым веществом и развивалась под влиянием деятельности растений, животных и микроорганизмов, пока не стала очень ценным для человека плодородным субстратом. Основная масса организмов и микроорганизмов литосферы сосредоточена в почве на глубине не более нескольких метров.
Современные почвы являются трехфазной системой (твердые частицы, вода и газы, растворенные в воде), состоящей из смеси минеральных частиц (продукты разрушения горных пород) и органических веществ (продукты жизнедеятельности микроорганизмов и грибов). Почвы играют огромную роль в кругообороте воды, углекислого газа и других веществ.
С разными породами земной коры, как и с ее тектоническими структурами, связаны разные полезные ископаемые: горючие, металлические, строительные и т.д.
4.3.2. Экологический функции литосферы
Обычно выделяют четыре экологические функции литосферы: ресурсную, геодинамическую, геофизическую и геохимическую.
Ресурсная функция литосферы определяется ролью содержащихся в ней ресурсов, а также факторами пространственного характера, значимыми для жизни биоты и человека. Общеизвестно, что литосфера содержит различные материальные ресурсы, большинство из которых активно используются человеком. Именно в этой связи наблюдается значительная ресурсная напряженность, которая не только не убывает, но и год от года нарастает.
Человечество стоит перед необходимостью системного гeopecypcного концептуального мышления. Весьма актуальные призывы и практические акции к ресурсосбережению необходимы, но недостаточны. Человечество пока намного более успешно разрушает, чем восстанавливает литосферу. С большим трудом осознается, что объектом охраны является такой грандиозный объект, как литосфера.
Геодинамическая функция литосферы связана с масштабными природными и антропогенными процессами, влияющими на жизнь биоты и человека. Речь идет об аномалиях и напряженных состояниях горных массивов, участках повышенной трещиноватости и проницаемости, регионах, опасных в сейсмическом отношении или охваченных деятельностью вулканов.
Геохимическая функция литосферы касается в основном тех геохимических неоднородностей, которые представляют опасность для биоты, в том числе для человека. Речь идет, прежде всего, о химическом загрязнении, привнесении в литосферу различных токсикантов (тяжелых металлов, пестицидов, пластмасс). Многие химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными свойствами.
Геофизическая функция литосферы реализуется посредством физических факторов, радиации, шумовых и тепловых эффектов. На поверхности Земли постоянно наблюдается естественный радиационный фон, который с медицинской точки зрения, как правило, не является вредным. Однако есть такие регионы, например, в Индии и Бразилии, где радиационный фон превышает предельно допустимый в 100 и даже 1000 раз.
4.3.3. Литосфера как абиотическая среда
В литосфере происходит множество процессов (сдвиги, сели, обвалы, эрозии и др.), имеющих целый ряд неблагоприятных экологических последствий в определенных регионах планеты, а иногда приводящих к глобальным экологическим катастрофам, цунами, землятрясениям и т.д. Перечислим некоторые из них.
Выветривание. Разрушение и преобразование горных пород в результате выветривания происходит под воздействием различных природных факторов – климата, рельефа, водной среды и веществ атмосферы. В зависимости от сочетания можно выделить различные виды выветривания, в частности физическое, химическое и биохимическое.
Причинами физического выветривания являются перепады суточных температур, рост кристаллов солей, расклинивающее влияние замерзающей воды в трещинах и порах и корневой системы деревьев
Химическое выветривание происходит при совместном воздействии температуры и агрессивной водной среды, содержащей в растворенном состоянии различные химические соединения.
Биохимическое выветривание осуществляется в результате воздействия органических кислот, выделяемых организмами, и преобразования их отмерших остатков.
Стадийность парообразовательных процессов – окисление, гидратация, растворение и гидролиз – приводит к формированию определенной зональности профилей выветривания. Коры выветривания играют важную экологическую роль. С ними связаны месторождения алюминия, никеля, кобальта, меди, железа и различные геохимические аномалии.
Оползни и сели. Под воздействием гравитации происходит перемещение обломков горных пород по поверхности Земли. Скорость и перемещения зависит от размеров обломков и уклона склона. Часто гравитационные процессы называют склоновыми. Возникшие в результате склоновых процессов отложения называются коллювием.
Гравитационные процессы разделяются на провальные, обвальные и медленные. В результате водно-гравитационных процессов возникают оползни и сели. Гравитационные процессы на конитинентальных склонах приводят к возникновению огромных по размерам подводных оползней.
Геологическая деятельность ветра. Часто геологическую деятельность ветра называют эоловой (по имени древнегреческого бога ветров – Эола). Геологическая деятельность ветра слагается из дефляции, переноса рыхлого материала и аккумуляции. Особенно ярко эоловая деятельность проявляется в пустынных областях и оголенных, лишенных растительного покрова, широких и плоских речных долинах и на побережьях крупных озер, морей и океанов. Ветер не только разрушает, переносит и отлагает тонкий песчаный материал, но и создает эоловый песчаный рельеф – барханы, продольные гряды, дюны и эоловую рябь. С деятельностью ветра связано образовани лёсса. В основном эоловая деятельность наносит ущерб хозяйственной деятельности человека.
Поверхностные водостоки. Деятельность поверхностных вод начинается с эрозии, плоскостного смыва, накопления делювия, формирования оврагов и временных горных потоков, в устье которых формируются конусы выноса, сложенные пролювиальным и делювиальным материалом. Реки производят большую эрозионную, переносную и аккумулятивную работу и в этом смысле играют важнейшую экологическую роль. В речных долинах имеются поймы и надпойменные террасы. Последние могут быть эрозионными и аккумулятивными. В устьевых частях рек в зависимости от ряда причин формируются дельты или эстуарии.
Подземные воды. Подземные воды по своему происхождению подразделяются на следующие типы: инфильтрационные, конденсационные, седиментогенные, магматогенные, или ювенильные, иметаморфогенные. Выделяются почвенные воды и верховодка; в зоне полного насыщения распространены грунтовые воды, межпластовые ненапорные воды и межпластовые напорные, или артезианские, воды. Перемещение подземных вод зависит от водопроницаемости пород, их трещиноватости. С подземными водами связаны карстовые процессы, выражающиеся в создании поверхностного и подземного рельефа, а также своеобразных аккумулятивных отложений и форм. К числу поверхностных форм карстового рельефа относятся карры, поноры, карстовые воронки, котловины, полья, а к подземному — пещеры и каналы (шахты). В пещерах формируются сталактиты и сталагмиты.
Озера, водохранилища и болота. Озера и болота располагаются в понижениях рельефа и заполняются проточной или застойной водой. Озерные котловины создаются различными эндогенными и экзогенными геологическими процессами. В то время как в озерах экзогенные процессы складываются из абразионной транспортирующей и аккумулятивной деятельности, в болотах протекают только аккумулятивные процессы. В озерах и болотах формируются в основном тонкие обломочные и органогенные осадки. Среди болот различают озерные, лесные, луговые, верховые, низинные и приморские. Созданные человеком водохранилища по характеру геологических процессов относятся к озерам.