Литосфера и внутреннее строение Земли

Литосфера (греч. «литос» – камень) – твердая оболочка земного шара.Во внутреннем строении Земли выделяют три основных слоя: земную кору, мантию и ядро.

Земная кора располагается в среднем до глубины 35 км (до 5–15 км под океанами и до 35–70 км под континентами). В состав земной коры входят все известные химические элементы. Преобладают кислород О (49,1%), кремний Si (26%), алюминий Al (7,4%), железо Fe (4,2%), кальций Ca (3,3%), натрий Na (2,4%), калий К (2,4%), магний Mg (2,4%).

Мантия располагается между земной корой и ядром и распространяется до глубины 2900 км. Здесь преобладают О, Si, Fe, Mg, Ni. Внутри мантии с глубины 50–100 км под океанами и 100–250 км под континентами начинается слой вещества, по состоянию близкого к плавлению, так называемая астеносфера. Земная кора вместе с верхним твердым слоем мантии над астеносферой называется литосферой. Литосфера – внешняя твердая оболочка земного шара. Это относительно хрупкая оболочка. Она разбита глубинными разломами на крупные блоки – литосферные плиты, которые медленно перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении.

Ядро располагается ниже мантии на глубине от 2900 км до 6371 км; состоит из Fe и Ni.

Строение земной коры. Земная кора сложена из горных пород, которые, в свою очередь, состоят из минералов. Минерал – природное тело однородного химического состава, обладающее во всей своей массе одинаковыми физическими свойствами. Горные породы – геологические образования, состоящие из минералов и обладающие относительно постоянными химическим составом и свойствами. По способу образования горные породы делят на магматические, метаморфические и осадочные.

Магматические породы образуются из жидкого силикатного расплава магмы при ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от места ее остывания магматические породы разделяют на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). К магматическим породам относят гранит, базальт и т.д.

Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород под влиянием процессов метаморфизма – под действием высоких температур, давлений и активных флюидов (горячих газов и растворов) в средних слоях литосферы. К метаморфическим породам относят сланцы, гнейс, мрамор и т. д.

Осадочные породы образуются в поверхностной части земной коры в результате разрушения, переотложения и преобразования на поверхности Земли и на дне водоемов ранее существовавших пород. Они делятся на механические (обломочные), химические (хемогенные) и органические (органогенные). Механические (обломочные) осадочные породы образуются в результате механического разрушения магматических и метаморфических пород. В зависимости от размера частиц, слагающих породу, выделяют грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), пылеватые и глинистые породы. Химические осадочные породы образуются за счет выпадения осадка при перенасыщении растворов. К ним относятся известняк, доломит, каменная соль и т. д. Органические (биохимические) осадочные породы образуются в результате жизнедеятельности организмов. К ним относятся органогенные известняки, мел, торф, нефть, уголь и т. д.

Доля различных горных пород в земной коре неодинакова. Более 70% приходится на магматические породы, около 17% – на метаморфические и лишь чуть больше 12% – на осадочные.

Земная кора неодинакова по составу, строению и мощности. Различают континентальную, океаническую и промежуточную коры. Континентальная (материковая) кора покрывает третью часть земного шара, она присуща континентам, включая их подводные окраины, имеет толщину 35–70 км и состоит из 3 слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Океаническая кора располагается под океанами, имеет толщину 5–15 км и состоит из 3 слоев: осадочного, базальтового и габбросерпентинитового. Промежуточная (переходная) кора имеет черты как континентальной, так и океанической коры.

Самыми крупными структурными элементами земной коры являются материки, включая их подводные окраины, и океаны. Основная их часть принадлежит спокойным участкам (платформам), меньшая – подвижным участкам (геосинклиналям).

Геосинклинали – обширные подвижные участки земной коры с разнообразными по интенсивности и направленности тектоническими движениями. В своем развитии геосинклинали проходят два этапа: первый (более продолжительный) характеризуется погружением и морским режимом (при этом формируется океаническая земная кора), второй (менее продолжительный) – интенсивным поднятием и горообразованием (при этом формируется материковая земная кора). Первый этап связан с расхождением литосферных плит, второй – с их сближением и столкновением.

Платформы – обширные устойчивые, преимущественно равнинные блоки земной коры. Платформы бывают материковые и океанические с соответствующим типом земной коры. Материковые платформы имеют нижний ярус – фундамент (образован метаморфическими и магматическими породами) и верхний ярус – осадочный чехол (образован осадочными породами). Различают древние платформы (фундамент образовался в докембрии) и молодые (фундамент образовался в палеозое). Древние платформы разделены между собой геосинклинальными поясами. Молодые платформы не образуют самостоятельных массивов, а причленяются к древним.

Горы в основном соответствуют геосинклинальным поясам разного возраста, равнины – древним и молодым платформам.

1.4. Педосфера

Понятие почвы и почвенного покрова. Педосфера (лат. «педис» – нога, стопа) – оболочка Земли, образуемая почвенным покровом; верхняя (дневная) часть литосферы на суше. Почва – это поверхностный горизонт земной коры, образующий небольшой по мощности слой, сформированный в результате взаимодействия факторов почвообразования: климата, организмов, почвообразующих пород, рельефа местности, возраста страны (времени), хозяйственной деятельности человека. Так как эти факторы почвообразования и их сочетания неодинаковы в различных частях Земли, то и мир почв также отличается широким разнообразием. Каждая почва отличается особым строением и отражает местные природные условия.

В. И. Вернадский назвал почвы «благородной ржавчиной Земли». Это тончайшая поверхностная оболочка суши. Верхняя граница почвы – поверхность раздела между почвой и атмосферой, нижняя граница – глубина проникновения почвообразовательных процессов. Мощность (толщина) современных зональных почв около 80–150 см, с колебаниями от нескольких сантиметров до 2,5–3,0 м.

Почва является неотъемлемым компонентом наземных биогеоценозов. Она осуществляет сопряжение (взаимодействие) большого геологического и малого биологического круговоротов веществ. Почва – уникальное по сложности вещественного состава природное образование. Вещество почвы представлено четырьмя физическими фазами: твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и живой (организмы). Для почв характерна сложная пространственная организация и дифференциация признаков, свойств и процессов.

Важнейшее свойство почв – плодородие – способность почв удовлетворять потребность растений в элементах питания и воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством тепла и воздуха для нормальной деятельности и создания урожая.

Природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием факторов почвообразования называется почвообразовательным процессом или почвообразованием. Он представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии в почвенной толще. Наиболее существенные слагаемые почвообразовательного процесса следующие: 1) превращение (трансформация) минералов горной породы, из которой образуется сама почва, а в дальнейшем и самой почвы; 2) накопление органических остатков и их постепенная трансформация; 3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо-минеральных соединений; 4) накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных элементов, прежде всего элементов питания; 5) передвижение продуктов почвообразования с током влаги в профиле почвы.

Тип почвы – группа почв, развивающихся в однотипно сопряженных биологических, климатических, гидрологических условиях и характеризующихся ярким проявлением основного процесса почвообразования при возможном сочетании с другими процессами.

Почвенный покров Земли составляют в основном следующие почвы: арктические, тундровые, подзолистые, дерновые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные, бурые лесные, серые лесные, черноземные, каштановые, бурые полупустынные, сероземы, желтоземы, красноземы, коричневые, серо-коричневые, ферралитные, латеритные, а также солончаки, солонцы, солоди, болотные, пойменные, песчаные и горные почвы и др.

Морфологические признаки почв. Почвы обладают внешними, так называемыми морфологическими признаками, по которым ее можно отличить от горной породы или одну почву от другой, а также приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса. Главные морфологические признаки почвы: строение почвенного профиля, мощность почвы и ее отдельных горизонтов, окраска, структура, гранулометрический состав, сложение, новообразования и включения.

Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами называется строением почвы. Совокупность генетических горизонтов образует почвенный профиль – определенную вертикальную последовательность генетических горизонтов почвы. Генетические почвенные горизонты – это однородные, обычно параллельные поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам. Каждому почвенному типу свойственно свое сочетание горизонтов.

Наиболее важными с экологической точки зрения свойствами и признаками почв являются следующие: мощность почвы, гранулометрический состав, структура, плотность, содержание гумуса, влажность, состав почвенного раствора, кислотность, буферность и др.

Экологические функции почв. Почва является неотъемлемой частью любого наземного биогеоценоза и биосферы в целом. При этом она выполняет ряд экологических функций, в том числе глобальных биосферных, обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Земле. Экологические функций почвы можно разделить на две большие группы: экосистемные (биогеоценотические) функции почвы и глобальные (биосферные) функции почвенного покрова. Почва, будучи составной частью любого наземного биогеоценоза, выполняет ряд биогеоценотических функций. Почвенный покров, являясь неотъемлемым компонентом биосферы, выполняет ряд биосферных функций.

Биосферные функции почвенного покрова следующие:

1. Среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши.

2. Сопряжение большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности.

3. Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.

4. Защитный барьер биосферы.

5. Обеспечение существования жизни на Земле. Кроме экологических функций по отношению непосредственно к человеку почва осуществляет еще одну функцию – сельскохозяйственную. Она является главным средством сельскохозяйственного производства. В основе и экологических, и сельскохозяйственных функций почвы лежит ее важнейшее свойство – плодородие. Следствием снижения почвенного плодородия в результате различных деградационных процессов является падение продуктивности естественных и агрокультурных ландшафтов. Это создает угрозу продовольственной безопасности человечества.

Глава 2. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

Признаки живой материи

Отечественным ученымМ. В. Волькенштейном предложено следующее определение жизни: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».

Однако до сих пор общепризнанного определения понятия «жизнь» не существует. Но можно выделить признаки (свойства) живой материи, отличающие ее от неживой.

1. Определенный химический состав. Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются углерод С, кислород О, азот N и водород Н.

2. Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.

3. Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них из внешней среды веществ и энергии.

4. Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз – постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.

5. Раздражимость. Живые организмы проявляют раздражимость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.

6. Наследственность. Живые организмы способны передавать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации – молекул ДНК и РНК

7. Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.

8. Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться – воспроизводить себе подобных.

9. Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свойственен онтогенез – индивидуальное развитие организма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.

10. Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойственен филогенез – историческое развитие жизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.

11. Адаптации. Живые организмы способны адаптироваться, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды.

12. Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).

13. Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.

14. Иерархичность. Начиная от биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и кончая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.