Главная › Новости

Строение земли, роль почвенного покрова в ее жизни

Опубликовано: 12.10.2018

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЗЕМНОЙ КОРЫ

Планета Земля, как и другие планеты Солнечной системы, имеет ярусно-оболочечное строение и состоит из нескольких неоднородных геосфер (рис. 1). Различают внешние геосферы (атмосфера, гидросфера) и внутренние (земная кора, мантия и ядро). Оболочки Земли находятся в сложном взаимодействии.

Атмосфера — газообразная оболочка Земли в приземных слоях, состоит из азота — 78,08 %, кислорода — 20,95, аргона — 0,92, диоксида углерода — 0,04 и других газов —0,01 %. Основная масса воздуха атмосферы (9/10) сосредоточена в тропосфере, в слое 0...10—16 км. Отдельные ионы воздуха обнаружены на высоте около 2000 км от поверхности земной коры, а выше находится космическое пространство. На высоте 20—25 км расположен озоновый слой, который предохраняет все живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения Солнца. Температура воздуха в тропосфере до высоты примерно 12 км понижается на 5—6 ˚С на каждый километр. Уровень 12 км называют тропопаузой. Температура на этом уровне составляет около —50—60 °С, выше она повышается, а далее снова понижается. Из общего количества излучения, испускаемого Солнцем в сторону Земли, 69 % расходуется на нагревание атмосферы, поверхности материков и океанов, всего 1—2 % используется растениями в фотосинтезе, а остальная энергия отражается в космическое пространство. В атмосфере всегда присутствуют пыль различного происхождения, водяной пар, промышленные дымы, вулканические выделения и другие компоненты, которые мигрируют в составе перемещающихся воздушных масс.

Газовый состав атмосферы примерно 3—3,5 млрд лет тому назад был совсем иным. Основными компонентами приземного воздуха были NH3, CH4 и Н2. Постепенное его изменение и современный состав стали возможными только с появлением жизни на Земле, в основном под влиянием живых организмов.

Гидросфера включает океаны, моря, озера, реки, ледяные пространства (подземные воды сюда не входят) и покрывает прерывистой оболочкой около 71 % поверхности Земли. Средняя плотность гидросферы 1,03 г/см3. Концентрация солей в Мировом океане примерно 3,5 %. В разных морях концентрация солей неодинакова, например, в Средиземном море — около 3,9 %, в Балтийском — 0,7, в Черном море — 1,8 %. В воде океанов, морей и соляных озер растворено около 22 млн км3 солей. Таким количеством соли можно покрыть поверхность земного шара слоем толщиной более 50 м. В морской и океанической воде содержится в среднем (в %): NaCl - 78, MgCl2 - 10, MgS04 – 4,7, CaS04 - 3,6, K2S04 — 2,5, CaCO3 и MgCO3 — 0,3 и др. Из газов в Мировом океане преобладают азот и кислород. Средняя минерализация воды рек составляет всего 90 мг/л (по ионному составу), в основном гидрокарбонатная (НСО3- > SO22- >Cl-), в противоположность сульфатно-хлоридному составу вод морей и океанов.

Земная кора состоит из трех слоев, в которых по происхождению преобладают те или иные горные породы: слой осадочных пород мощностью до 15км, ниже — гранитный слой до 40 км и еще ниже — базальтовый слой до 80 км (см. рис. 1). Границы между ними условные. Для каждого слоя характерны определенные скорости прохождения сейсмических волн. Нижние зоны земной коры в связи с высокими температурами характеризуются присутствием очагов расплавленных минеральных масс (магмы). Под влиянием высокого давления происходят процессы метаморфизма, т. е. переуплотнения минеральных образований с созданием иных кристаллических структур с новыми физическими свойствами.

Осадочный и гранитный слои иногда называют «сиаль», в них преобладают минералы с более высоким содержанием кремния и алюминия, а базальтовый слой с выраженным силикатно-магнезиальным составом минералов называют «сима».

Различают два наиболее распространенных типа земной коры: континентальный и океанический. Континентальный тип состоит из трех главных слоев — осадочного, гранитного и базальтового, а океанический — из осадочного и базальтового. Однако такую классификацию типов земной коры некоторые ученые оспаривают. Они считают (Афанасьев и др.), что кора едина, как правило, состоит из трех слоев и различается только по мощности.

Мантия — это мощная оболочка Земли, залегающая ниже земной коры. Граница между ними проходит по линии Мохоровичича (Мохо), по которой скорость сейсмических волн скачкообразно возрастает с 6—6,5 до 8,2 км/с. По скорости прохождения сейсмических волн собственно мантию подразделяют на 3 зоны: верхнюю, среднюю и нижнюю. Верхняя мантия, называемая часто субстратом, вместе с земной корой образует литосферу — самую жесткую оболочку Земли, ниже которой находится близкий к расплавлению слой пониженной прочности — астеносфера. В нижней мантии температура достигает 3000 °С, а давление — 1 млн атм, под влиянием которого происходят активные метаморфические процессы. До сих пор нет достоверных материалов о составе пород мантии. Предположительно это рудная оболочка с включением сильно метаморфизованных минералов и пород, имеющих особенно плотную кристаллическую упаковку.

Ядро по своему составу, вероятно, является близким к железным метеоритам и представлено железоникелевым сплавом (железа примерно 89 %, никеля — 7, FeS — 4 %). Ядро иногда называют тяжелой сферой или «нифе» (Ni, Fe). В зависимости от скорости распространения сейсмических волн выделяют внешнее и внутреннее ядро.

Биосфера, или зона жизни, — это особая оболочка Земли, охватывающая тропосферу (до 12—16 км), всю гидросферу и верхние слои (3—4км) осадочных пород земной коры. В.И.Вернадский считал, что важнейшими свойствами биосферы являются: существование живых организмов (микроорганизмов, насекомых, растений, животных и др.); тесная связь живых существ с окружающей средой; постоянный материально-энергетический обмен ее с космосом; подвижное динамическое равновесие.

Под влиянием живых организмов образуются биогенные минералы и породы (фосфориты, селитры, известняки, торф, сапропель, горючие газы и сланцы, уголь и нефть), в которых аккумулировано большое количество солнечной энергии и химических элементов. В результате жизненных процессов накапливаются кислород и диоксид углерода, устанавливается их определенное содержание и соотношение в атмосфере, под влиянием растительности регулируется круговорот воды в природе, увеличивается содержание минеральных элементов питания растений в верхних горизонтах осадочных пород в результате малого биологического круговорота веществ в природе и т. д.

Возникновение биосферы и ее развитие связаны с возникновением и развитием жизни на Земле. Наиболее древние следы жизни в виде бактерий и синезеленых водорослей обнаружены в осадочных и метаморфизованных горных породах, образовавшихся в архейскую эру (рис. 2). В протерозой живые организмы стали более разнообразными. Кроме бактерий и водорослей встречались стоматолиты и бесскелетные животные — кишечнополостные. В палеозойскую эру, в силурийский геологический период, появились споровые растения, в период девона — голосеменные, а в пермский период — покрытосеменные растения. Постепенно шло эволюционное развитие животных организмов, в том числе позвоночных: от рыб к человеку.

Современный растительный и животный мир окончательно сформировался в последний — четвертичный — геологический период кайнозойской эры. В этот период образовались современные ландшафтные зоны, появился человек. В геологические периоды развития жизни происходили также большие изменения в географических очертаниях материков и характере их поверхности. В поверхностном слое осадочных пород сформировались совершенно уникальные природные образования — почвы, без которых невозможно существование жизни на Земле.

РОЛЬ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА В ЖИЗНИ ЗЕМЛИ

Почвенный покров (педосфера), играя общепланетарную роль, находится в тесной взаимозависимости и постоянном взаимодействии с земной корой, живым населением планеты, гидросферой и атмосферой, играя общепланетарную роль.

Значение почвенного покрова заключается в следующем.

1. В аккумуляции энергии. Ежегодно вся наземная растительность, произрастающая на почвах, аккумулирует в результате фотосинтеза 0,5 • 1015 кВт•ч солнечной энергии. Годовой расход этой энергии человечеством в виде топлива, пищи и кормов составляет 7,0 • 1012 кВт•ч. Кроме того, в пределах 16,2 • 1012 кВт•ч каждый год расходуется ранее накопленная живыми организмами энергия (уголь, торф, нефть, горючие сланцы и др.). В связи с этим может образоваться дефицит энергии, поэтому ученые занимаются поиском дополнительных ее источников (ядерная, ветра, рек и др.). Так как использование дополнительных источников энергии в мире невелико, то почвы еще долго будут оставаться главным поставщиком трансформированной энергии Солнца.

2. В нормальном функционировании биосферы, так как почвенный покров является ее наиболее активной частью. Достаточно сказать, что в 1 г почвы насчитывается не одна сотня миллионов микроорганизмов. Жизнь всех насекомых в той или иной мере связана с почвой; все наземные животные в конечном итоге получают пищу благодаря почвам, которые являются местом обитания всех наземных растений. Выделения живыми организмами в окружающую среду продуктов жизнедеятельности и обмена веществ, поступление органических и минеральных соединений, образующихся при их гниении после смерти, со временем значительно изменяют химический состав воздуха, воды и минеральной массы биосферы.

3. В поддержании определенного газового режима атмосферы Земли, содержания в ней кислорода, азота, диоксида углерода, водорода и паров воды. Газовый режим атмосферы регулируется системой: растения — животные, микроорганизмы — почвы, а также Мировым океаном.

4. В круговороте воды на земном шаре, включающем как важнейшее звено почвенную влагу. На почвы выпадает огромное количество атмосферной влаги; одна часть ее в результате физического испарения и транспирации растений снова поступает в атмосферу, другая — стекает в реки или, фильтруясь через почвы и верхние пласты осадочных пород, пополняет грунтовые воды, которые, обнажаясь, вытекают в виде бьющих из земли ключей. Ключевые и делювиальные воды приносят в реки большое количество минеральных соединений, пополняя ими моря и океаны, оказывая влияние на состав их воды и донных отложений. Наряду с почвенным покровом огромное влияние на круговорот воды на земном шаре оказывает гидросфера.

5. В формировании осадочных пород земной коры и изменении их минералогического состава. Почвообразовательные процессы на Земле и одновременно идущие с ними процессы выветривания минералов и горных пород продолжались миллионы лет. За это время в верхней части земной коры сформировался мощный пласт осадочных пород континентального и морского происхождения. В большей или меньшей степени они испытали на себе прямое действие почвенного покрова, древней растительности и животного мира соответствующих геологических периодов. Происходило постепенное оглинивание рыхлых масс осадочных пород, образование вторичных минералов (кварца, лимонита и др.), неоднократное переотложение осадочных пород природными факторами с включением в их состав органических веществ и соединений минерального азота почвенного происхождения. Образование некоторых полезных ископаемых (торфа, болотной руды и др.) — непосредственный результат почвенных процессов.

6. В обеспечении основных условий существования человека, так как только почвы обладают плодородием и способностью производить урожай растительного вещества — основного энергетического биологического продукта, употребляемого человеком в пищу. Часть растительной массы, преобразованная животными организмами, также потребляется человеком в пищу. Растительные и животные сырьевые ресурсы широко используют для бытовых нужд и в промышленности.

Свойства почв и пород учитывают при строительстве зданий и сооружений, дорог, аэродромов и т. д., они значительно влияют на здоровье человека. Так, недостаток или избыток некоторых элементов в почвах сказывается на содержании этих элементов в растительной и животной пище и вызывает различные заболевания. Например, недостаток йода вызывает заболевание щитовидной железы, цинка — кожные заболевания и т. д. От свойств почв зависят последствия техногенного и радиоактивного загрязнений территории. Необходимо также учитывать, что в почвах содержатся опасные для человека патогенные микроорганизмы.

Контрольные вопросы и задания

1. Какое строение имеет планета Земля? Охарактеризуйте ее геосферы. 2. Что такое биосфера и какое значение она имеет в жизни Земли? 3. Что отражает геохронологическая шкала истории Земли? 4. Какую роль играет почвенный покров в жизни Земли и человека?