АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА БИОСФЕРУ

Как было сказано ранее, биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует жизнь и которая постоянно подвергается воздействию живых организмов. При этом, рассматривая структуру биосферы, следует помнить, что жизнь сосредоточена в трех геосферах: в атмосфере, гидросфере и литосфере.

Структура биосферы

5.1.1. Атмосфера

Атмосфера Земли (от греч. atmos — пар и sphaire — шар) — это газовая оболочка, окружающая Землю. Она вращается вместе с Землей как единое целое. На дне атмосферы протекает жизнь множества растений, животных, микроорганизмов и наша жизнь. Масса атмосферы составляет примерно 5,3*10¹⁵ тонн.

Происхождение атмосферы. Первоначально атмосфера Земли состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Затем активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углеводородами, аммиаком, водяным паром). Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

- постоянная утечка водорода в межпланетное пространство;

- химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

Образовалась атмосфера, в которой было меньше водорода и гораздо больше азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).

Основная масса кислорода на Земле находится в связанном состоянии в молекулах воды, оксидах, солях. С появлением растений начался процесс фотосинтеза, при котором используется вода и углекислый газ, а выделяется кислород. Водоросли и зеленые растения производят кислорода 3 000 000 кг/сек. Сейчас считается твердо установленным, что весь свободный кислород планеты имеет биогенное происхождение. В атмосфере кислород окисляет молекулы аммиака (NH₃) - до чистого азота (N₂), и в итоге основными газами атмосферы становятся азот и кислород. Основные атмосферные газы – кислород и азот – являются результатом функционирования живого вещества.

Химический состав атмосферы. В составе атмосферного воздуха наибольшая доля принадлежит азоту.

Над всей поверхностью Земли химический состав воздуха одинаков:

Азот – 78%,

Кислород – 21%,

Углекислый газ, водород, гелий и другие газы – не более 1%.

Состав воздуха – это химический фактор. Постоянство химического состава атмосферы поддерживают живые организмы.

Строение атмосферы. Атмосфераделится на слои, которые отличаются по температуре и мало перемешиваются (рис. 36).

Рис. 36. Строение атмосферы

Тропосфера (1) – нижний, основной слой атмосферы. Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных и 16—18 км в тропических широтах. Тропосфера содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90% водяного пара. Температура убывает с ростом высоты и на верхней границе тропосферы достигает -60°С (до -80°С). В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны, а с ними и изменения погоды.

Стратосфера (2) – второй по высоте слой атмосферы. Верхняя граница стратосферы проходит на высоте 50-55 км. Температура растет с высотой. У верхней границы стратосферы температура достигает 0°С. На высоте 20-25 км находится озоновый слой, концентрация озона в нем в 10 раз выше, чем в остальном воздухе. Озоновый слой защищает Землю от вредного ультрафиолетового излучения. С озоном связан рост температуры (он поглощает солнечную радиацию). Возрастание температуры с высотой есть причина очень большой устойчивости стратосферы. Здесь нет активного перемешивания. Водяного пара очень мало.

Мезосфера (3) начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до −90°С. Давление воздуха на верхней границе мезосферы в 200 раз меньше, чем у земной поверхности.

Термосфера (4)— слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500°С, после чего остаётся постоянной. Под действием солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха ("полярные сияния"). На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород.

Экзосфера (5) – внешний, наиболее разрежённый слой атмосферы, из которого быстро движущиеся лёгкие атомы водорода и гелия (Н и Не) могут вылетать (ускользать) в космическое пространство. Температура достигает 1500-2700°С.

Значение атмосферы. Через атмосферу осуществляется обмен веществ нашей планеты с Космосом. Атмосферазащищает живые организмы и, в первую очередь, человека от губительного воздействия жесткого ультрафиолетового излучения Солнца и других космических излучений, а также предохраняет Землю от космической пыли и метеоритов. Атмосфера удерживает возврат тепла, излучаемого Землей, в космическое пространство. Неравномерность нагревания земной поверхности способствует циркуляции атмосферы, влияя тем самым на формирование погоды и климата на Земле. Атмосфера – поставщик влаги на поверхность Земли.

Атмосферный воздух обеспечивает процессы дыхания человека и других живых организмов, а также процессы тепло-, влагообмена.

В атмосферное пространство удаляются остаточные газообразные продукты жизнедеятельности человека и других живых организмов.

Состав, температура, перемещение воздушных масс в атмосфере – необходимое условие существование всех живых организмов на Земле.

5.1.2. Гидросфера

Гидросфе́ра — это водная оболочка Земли (от греч. hydor - вода + sphaire - шар), представляющая собой совокупность всех водных запасов Земли, т.е. совокупность вод океанов, морей, озер, рек, прудов, болот, ледников и подземных вод. Она занимает более 70% поверхности Земли. Причем, площадь Мирового океана занимает около 2/3 земного шара, остальное - поверхностные воды су­ши.

Мировые запасы воды включают в себя (рис.37):

- Мировой океан (моря и океаны) – 97 %

- ледники (в основном Антарктида и Гренландия) – 2 %

- реки озера и подземные воды – 1 %.

Самый большой океан - Тихий океан. Крупнейшей рекой мира является Амазонка.

Самое распространенное неорганическое вещество на Земле – вода.

На соленые воды приходится 97,5% вод Земли.

Рис. 37.Количество воды на Земле в разных формах(Розанов С.Н., 1996).

Цифрами указан объем воды в тыс. кубических километрах

Солёность воды— это количество соли в граммах, растворённое в 1 кг морской воды. Соленость морской воды измеряется в промилле (‰), (проми́лле - одна тысячная доля).

Средняя солёность Мирового океана 35‰, это значит, что если взять 1 кг воды, то в ней будет 0,035 ∙ 1 000 = 35 г солей.

Пресные водысоставляют 2,64% от всех вод Земли, из них 99% сосредоточено в ледниках и подземных водоносных горизонтах.

Значение гидросферы. Вода– основа жизни на Земле. Вода – самое распространенное неорганическое соединение на Земле. Между сушей и Мировым океаном происходит глобальный круговорот воды. Вода, выпадающая над сушей в виде осадков, либо пополняет подземные водоносные горизонты (инфильтрация), либо образует поверхностный сток. Распределение осадков на поверхности Земли – важное условие для формирования растительности. При её сведении резко возрастает испарение с поверхности листьев и поверхностный сток уменьшается, в результате чего запасы подземных вод не пополняются. Количество осадков и величина испарений – важные характеристики, по которым определяется тип климата.

Благодаря большой теплоемкости вода является основным терморегулятором климата. Её медленное нагревание и охлаждение регулируют колебания температур днем и ночью, зимой и летом. Большое влияние на климат оказывают морские течения, перемещающие огромные массы нагретой воды. Водасовместно с солнечной радиацией являются главным климатообразующим фактором на Земле.

Водарегулирует тепловой баланс планеты, пропуская б о льшую часть солнечного излучения и задерживая тепловое излучение Земли в мировое пространство.

Благодаря круговороту воды регулируется энергетический баланс планеты. Круговорот воды постоянно пополняет запасы пресной воды на суше, увеличивает запасы кислорода в водоемах.

Вода– единственный источник кислорода, поступающего в атмосферу при фотосинтезе.

В морской воде в растворенном состоянии находятся азот, кислород и углерод.

Вода– составная часть всех тканей и клеток живых организмов. Ни один жизненный процесс в организме животных или человека не совершается без воды.

Вода– единственное в природе минеральное вещество, которое нельзя заменить другими веществами.

Вода– важнейшее средство промышленного производства и интенсификации сельского хозяйства и незаменимый ресурс в культурно-бытовых потребностях населения Земли.

5.1.3. Литосфера

На рис. 38 показано внутреннее строение Земли.

Рис. 38. Внутреннее строение Земли (О.В.Крылова. Физическая география. М.:Просвещение,2002).

Литосфера(от греч. lithos – камень и sphaire – шар) – внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли.

Внутренний, "тяжелый" слой Земли - центральное ядро, состоящее из железа и никеля. Поверхностный, "легкий" слой называется корой. Средняя толщина коры составляет 35 км. В состав земной коры входят все известные химические элементы. На диаграмме (рис. 39) представлен состав планеты Земля по химическим элементам.

Рис. 39. Состав планеты Земля по химическим элементам:

O₂ – кислород; Fe – железо; Mg – марганец; Ni – никель; S – сера.

Между корой и ядром располагается "промежуточный" слой - мантия; ее породы находятся в частично расплавленном состоянии. Верхняя мантия отделена от нижней мантии лежащим в 60-250 км от поверхности расплавленным слоем базальтов – астеносферой.

Толщина литосферы на континентах и под океанами различается и составляет в среднем соответственно 25 - 100 и 5 - 50 км.

Земная кора содержит химические элементы, минералы и горные породы. В конце прошлого столетия американский геохимик Фрэнк У. Кларк (1847 - 1931) в 1889 г. впервые получил среднее содержание различных элементов. В его честь русский геохимик и минералог А.Е. Ферсман предложил среднее содержание химических эле­ментов в земной коре называть "кларками". (Термин "кларк" в настоящее время используется также и для количественной оценки среднего содержания химических элементов в атмосфере, гидросфере, живом веществе биосферы, Земле в целом, горных породах, космических объектах и т.п. Выражается в единицах массы (%, г/т и др.) или в атомных процентах).

Более поздние исследования показали, что в целом результаты Кларка были близки к истине.

Более чем на 80 % земная кора состоит из кислорода, кремния и алюминия, табл. 2.

Таблица 2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: