Литосфера

Химия литосферы.

Литосфе́ра (от греч. λίθος — камень и σφαίρα — шар, сфера) — твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней частимантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.

Блоки литосферы — литосферные плиты — двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений посвящен раздел геологии о тектонике плит.

Строение литосферы

Мощность Земной коры под океаном — 5 - 20 км; под континентом — 70 км. В литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы. 
Почва — это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Важнейшее свойство почвы — ее плодородие, которое определяется физическими и химическими свойствами почвы. Почва — трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов. Сама почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате перемещения или превращения вещества почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых представляет профиль почвы. Во всех типах почв самый верхний горизонт имеет более или менее темный цвет, зависящий от количества органического вещества. Этот горизонт называется гумусовым или перегнойно-аккумулятивным. Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую структуру. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, т.к. в нем осуществляются сложные обменные процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Выше гумусового горизонта иногда располагается подстилка или дерн, состоящий из разлагающихся растительных остатков и способствующий накоплению влаги и питательных веществ в почве, а также влияющий на тепловой и воздушный режимы почвы. Под гумусовым горизонтом обычно залегает малоплодородный подзолистый горизонт вымывания (в черноземных и темных почвах этот горизонт отсутствует). Еще глубже расположен иллювиальный горизонт (горизонт вмывания), в него вмываются и в нем накапливаются минеральные и органические вещества из вышележащих горизонтов. Еще ниже залегает материнская горная подстилающая порода, на которой формируется почва. Все горизонты представляют собой смесь органических и минеральных элементов. Свыше 50% минерального состава почвы приходится на кремнезем ( Si02), около 1 - 25% — на глинозем ( Al2O3), 1 - 10% — на оксиды железа (Fe2O3), 0,1 - 5% — на оксиды магния, калия, фосфора, кальция (Mg0, К2О, P205, Са0). Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают углеводы (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза), белковые вещества, жиры, а также конечные продукты обмена у растений — воск, смолы, дубильные вещества. Органические остатки в почве разрушаются (минерализуются) с образованием более простых (вода, диоксид углерода, аммиак и др.) веществ или превращаются в более сложные соединения — перегной, или гумус. Одна из наиболее важных характеристик почвы — ее механический состав, т.е. содержание частиц разной величины. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина. От механического состава почвы зависят ее водопроницаемость, способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми и водными свойствами. Большое значение для почвы имеет аэрация, т.е. ее насыщенность воздухом и способность к такому насыщению. Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растений токсичными, другие — жизненно необходимыми. Концентрация ионов водорода (рН) в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. В известковых (рН 8) и засоленных почвах (рН 4) развивается только специфическая растительность. Обитающее в почве множество видов растительных и животных организмов активно влияет на ее физико-химические характеристики. 
 

Строение атмосферы, гидросферы и литосферы. 
 
Атмосфера — газообразная оболочка Земли. К ней относятся: атмосфеный воздух; газы, растворенные в поверхностных и подземных водах; газовая составляющая почв, а также газы, выделяющиеся из горного массива, которые прямо или косвенно влияют на жизнедеятельность живых организмов. Атмосфера распространяется над Землей до 2 000 км; это от радиуса Земли. 
Функции атмосферы: 
1) Регулирование климата Земли. 
2) Поглощение солнечной радиации. 
3) Пропускает тепловое излучение Солнца. 
4) Сохраняет тепло. 
5) Является средой распространения звука. 
6) Источник кислородного дыхания. 
7) Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и выпадением осадков. 
8) Формирующий фактор литосферы (выветривание). 
 
Атмосфера делится на: 
1) Тропосфера — граница до 10 – 12 км. 
2) Стратосфера — граница до 55 км от тропосферы. 
3) Мезосфера — граница до 85 – 90 км от стратосферы. 
4) Термосфера — граница до 150 км от мезосферы. 
5) Экзосфера — граница до 800 – 2 000 км от термосферы. 
 
Состав атмосферы. 
В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, что достигается деятельностью живых организмов. 
На высоте 100 – 120 км чаще всего встречаются азот и кислород; на высоте 400 км находится кислород в атомарном состоянии (с одним свободным электроном); на высоте 600 – 1600 км чаще всего встречают гелий; выше преобладает водород. 
В нижних слоях атмосферы (до 25 км) встречаются CO2, углеводороды CxHy, диоксид серы SO2, оксиды азота NxOy и др. 
Одной из характеристик атмосферы является влажность. Влажность атмосферного воздуха определяется его насыщенностью водяными парами. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (1,5 - 2,0 км), где концентрируется примерно 50 % влаги. Количество водяного пара в воздухе зависит от его температуры: чем выше температура, тем больше влаги содержит воздух. Однако при любой конкретной температуре воздуха существует определенный предел его насыщения парами воды, который является максимальным. Обычно насыщение воздуха парами воды не достигает максимума, и разность между максимальным и текущим насыщением носит название дефицита влажности, или недостатка насыщения. Дефицит влажности — важнейший экологический параметр, поскольку он характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот. Известно, что повышение дефицита влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует интенсивному плодоношению растений, а у насекомых приводит к усиленному размножению вплоть до так называемых демографических “вспышек”. На анализе динамики дефицита влажности основаны многие способы прогнозирования различных явлений среди живых организмов. 
Температура на поверхности земного шара определяется температурным режимом атмосферы и тесно связана с солнечным излучением. Известно, что количество тепла, падающего на горизонтальную по верхность, прямо пропорционально синусу угла стояния Солнца над горизонтом, поэтому наблюдаются суточные и сезонные колебания температуры. Чем выше широта местности, тем больше угол наклона солнечных лучей и тем холоднее климат.  
Одним из инструментов атмосферы, влияющих на экологию Земли является ветер. Причина возникновения ветра — неодинаковый нагрев земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, т.е. туда, где воздух более прогрет. Сила вращения Земли воздействует на циркуляцию воздушных масс. В приземном слое воздуха их движение оказывает влияние на все метеорологические элементы климата: режим температуры, влажности, испарения с поверхности Земли и транспирацию растений. Ветер — важнейший фактор переноса и распределения примесей в атмосферном воздухе. Наблюдаются длительные периоды (циклы) преобладающей атмосферной циркуляции продолжительностью в несколько десятков лет. Эти циклы меридианальной, широтной циркуляции периодически сменяются с востока на запад, с севера на юг, а также в противоположных направлениях. С типами атмосферной циркуляции иногда связывают периоды одновременной активности многих видов животных, например, периоды вспышек массового размножения насекомых. Скорость и направление движения воздушных масс могут изменяться в зависимости от рельефа, времени суток и других факторов. Вертикальное движение масс воздуха — сложный природный процесс, который может характеризоваться температурной стратификацией — изменением температуры воздуха с высотой. 
Давление атмосферы. Нормальным считается давление 1кПа, соответствующее 750,1 мм рт.ст. В пределах земного шара существуют постоянно области низкого и высокого давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и суточные колебания давления. Различают также морской и континентальный типы динамики давления. Периодически возникающие области пониженного давления, характеризующиеся мощными потоками воздуха, стремящегося по спирали к перемещающемуся в пространстве центру, носят название циклонов. Циклоны отличаются неустойчивой погодой и большим количеством осадков. 
 
Гидросфера — это водная оболочка Земли. К ней относят: поверхностные и подземные воды, прямо или косвенно обеспечивающие жизнедеятельность живых организмов, а также вода, выпадающая в виде осадков. Вода занимает преобладающую часть биосферы. Из 510 млн. км2 общей площади земной поверхности на Мировой океан приходится 361 млн. км2 (71%). Океан — главный приемник и аккумулятор солнечной энергии, поскольку вода обладает высокой теплопроводностью. Основными физическими свойствами водной среды являются ее плотность (в 800 раз выше плотности воздуха) и вязкость (выше воздушной в 55 раз). Кроме того, вода характеризуется подвижностью в пространстве, что способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических характеристик. Водные объекты характеризуются температурной стратификацией, т.е. изменением температуры воды по глубине. Температурный режим имеет существенные суточные, сезонные, годовые колебания, но в целом динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха. Световой режим воды под поверхностью определяется ее прозрачностью (мутностью). От этих свойств зависит фотосинтез бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического вещества, которое возможно лишь в пределах эвфотической зоны, т.е. в том слое, где процессы синтеза преобладают над процессами дыхания. Мутность и прозрачность зависят от содержания в воде взвешенных веществ органического и минерального происхождения. Из наиболее значимых для живых организмов абиотических факторов в водных объектах следует отметить соленость воды — содержание в ней растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах их мало, причем преобладают карбонаты (до 80%). В океанической воде преобладают хлориды и отчасти сульфаты. В морской воде растворены практически все элементы периодической системы, включая металлы. Другая характеристика химических свойств воды связана с присутствием в ней растворенного кислорода и диоксида углерода. Особенно важен кислород, идущий на дыхание водных организмов. Жизнедеятельность и распространение организмов в воде зависят от концентрации ионов водорода (рН). Все обитатели воды — гидробионты приспособились к определенному уровню рН: одни предпочитают кислую, другие — щелочную, третьи — нейтральную среду. Изменение этих характеристик, прежде всего в результате промышленного воздействия, ведет к гибели гидробионтов или к замещению одних видов другими.