Характеристика биосферы как глобальной экологической системы

Термосфера

Над мезосферой, на высоте 100 километров над уровнем моря, проходит линия Кармана — условная граница между Землей и космосом. Хотя там и присутствуют газы, которые вращаются вместе с Землей и технически входят в атмосферу, их количество выше линии Кармана несоизмеримо мало. Поэтому любой полет, который выходит за высоту 100 километров, уже считается космическим.

С линией Кармана совпадает нижняя граница самого протяженного слоя атмосферы — термосферы. Она поднимается до высоты 800 километров и отличается чрезвычайно высокой температурой — на высоте 400 километров она достигает максимума в 1800°C!

Горячо! При температуре в 1538°C начинает плавиться железо. Но космические аппараты остаются целыми в термосфере. Как? Все дело в чрезвычайно низкой концентрации газов в верхней атмосфере — давление посередине термосферы в 1000000 меньше концентрации воздуха у поверхности Земли! Энергия отдельно взятых частиц высока — но расстояние между ними огромное, и космические аппараты фактически находятся в вакууме. Это, впрочем, не помогает им избавляться от тепла, которое выделяют механизмы — для тепловыделения все космические аппараты оснащены радиаторами, которые излучают избыточную энергию.

Рельеф. Движущие силы рельефообразования

Рельеф – эта форма постоянно меняющейся поверхности Земли или совокупность неровностей Земли, различного происхождения, размера и возраста.  Трансформация земного рельефа происходит под влиянием внешних и внутренних сил. Они взаимосвязаны между собой. Эндогенные (внутренние) процессы образуют неровности поверхности, а экзогенные (внешние) путем разрушения выравнивают рельеф.

Внутренние процессы рельефообразования

Основной источник энергии эндогенных процессов – это энергия в недрах Земли. Наибольшее влияние среди эндогенных сил на рельефообразование оказывают: 

• тектонические движения;
• землетрясения;
• вулканизм.

Тектонические движения–движение коры Земли под влиянием сил мантии.

Землетрясения–подземные толчки, приводящие к колебанию поверхности Земли.  Ежедневно возникают в разных уголках планеты.  Чаще всего на океанском дне и сейсмических поясах. 

В зависимости от причин возникновения толчков, землетрясения бывают:

1. Тектонические землетрясения.  Тектонические плиты постоянно находятся в движении. Сталкиваясь друг с другом, они порождают землетрясения. Даже минимальная энергия, освобождаемая при сдвиге горных пород, деформирует земную поверхность и несет разрушения. 
2. Техногенные землетрясения возникают путем губительного воздействия человечества на планету. Объекты добычи ископаемых, шахты и карьеры, большие искусственные водоемы – зоны повышенного количества земных толчков.
3. Вулканическиеземлетрясения происходят под давлением лавных потоков на поверхность Земли. Амплитуда толчков небольшая, но длительность явления достигает 2 недель. Часто предшествует извержению.
4. Обвальные землетрясенияобразуются путем размывания подземными водами земной тверди и последующим появлением земляных пустот. Для этих землетрясений характерны оползни и обвалы.
5. Искусственные землетрясения также связаны с деятельностью человека. Например, запуск спутника или испытание ядерного оружия могут спровоцировать подземные толчки.
6. Подводные  землетрясения. Смещение плит в водах Мирового океана провоцирует сдвиг океанической коры, отягощенный возникновением гигантских волн- цунами.

Место столкновение плит и непосредственный центр землетрясения называется его очагом ( гипоцентром). Место над очагом на поверхности земли – эпицентр.  Именно в этом районе и происходят самые сильные разрушения.

Точно предугадать начало и место землетрясений невозможно.  Сейсмология — наука, изучающая очаги землетрясений, ставит перед собой задачу примерного выяснения района и силы природного явления.  Все данные  регистрируются специальными приборами – сейсмографами. Мощность землетрясений определяют по 10 – бальной шкале Рихтера. За расчет единицы берется амплитуда колебательных волн. Чем больше ее показатель, тем сильнее будут толчки.

Вулканизм – природное явление, связанное с перемещением жидкой магмы к земной поверхности и  излитием в виде лавы. Магма (расплавленное вещество) отличается от лавы тем, что содержит летучие вещества, которые на поверхности уходят в атмосферу. Извергаемые вещества формируют конусообразную гору – вулкан. Они могут быть действующими, потухшими и уснувшими, а также наземными и подводными. Расположены вулканы  в основном в сейсмических зонах:

• Тихоокеанский сейсмический пояс окольцовывает Тихий океан. 
• Средиземноморский сейсмический пояс имеетмного потухших вулканов — в горах Кавказа.
• Атлантический  пояс представлен наземными и действующими подводными вулканами.    

Внешние процессы рельефообразования

Основной источник энергии экзогенных процессов – это энергия на поверхности от солнечных лучей. Наибольшее влияние среди эндогенных сил на рельефообразование оказывают: 

• выветривание;
• деятельность вод;
• деятельность ветра;
• деятельность ледников.

Главным внешним процессом является выветривание —  процесс разрушения горных пород. Влияет на рыхлость пород и подготавливает их к перемещению.

Деятельность вод. Движение вод преобразуют рельеф до неузнаваемости. Они способны прорезать долины, каньоны и ущелья. Формируют овражно-балочный вид рельефа.

Изменяется рельеф и путем переноса большого количества песчаных частиц. Появление барханов и песчаных холмов заслуга деятельности ветра.

Деятельность ледников разнообразна: от сглаживания скал до образования водных холмов и гряд. Таяние ледников формирует песчаные равнины и ледниковые озера.

Вычисления радиуса и диаметра

Зная окружность, вычислить радиус и диаметр земного шара несложно. Применяют формулы: d=l/π; r=½*π. Буквами обозначены:

1. d — диаметр. Соединяет противоположные стороны окружности, проходит через центр.
2. l — длина окружности. Это линия на равной дистанции от центра.
3. r — радиус. Так называют линию, проложенную от центра до произвольной точки на окружности.
4. π — число, равное 3,14. Оно бесконечное, поэтому чем больше цифр после запятой, тем точнее расчеты.

Необязательно использовать обе формулы. Диаметр и радиус взаимосвязаны. Вычисляют один параметр, после чего узнают второй: диаметр в 2 раза больше радиуса и наоборот.

Величина окружности разная на экваторе и полюсах. Поэтому экваториальный радиус больше полярного. Первый — 6378 км, второй — 6356 км. Интересно, что диаметр Солнца больше диаметра Земли в 109 раз.

Из каких еще слоев состоит почва?

Чтобы определить тип почвы и ее строение, необходимо ознакомиться с разрезом, тщательно изучить структуру каждого слоя. На почвенном разрезе удастся увидеть состав слоев почвы. В качестве готового разреза могут выступать вырытые канавы, силосные ямы и даже оползни. В противном случае можно выполнить разрез самостоятельно посредством вырывания прямоугольной ямы.

Иллювиальный

Такие горизонты образуются в поймах и дельтах рек, если речь идет о продолжительном затоплении участка земли паводковыми водами. Процессы формирования иллювиального слоя имеют необычный характер. Почва такого типа характеризуется:

• разницей в возрасте;
• динамичностью;
• различным составом.

Иллювиальные горизонты в разных местах могут иметь разные свойства. Учеными посредством проведения анализов характеристик иллювиальных слоев было принято решение поделить почвы на три стандартных вида.

1. Иллювиальные дерновые. Формирование таких слоев происходит на супесчано-суглинистом аллювии при условии регулярного затопления местности паводковыми водами рек или озер. Обычно такие почвы характеризуются глубоким расположением грунтовых вод и разреженной растительностью.
2. Иллювиальные луговые. Образование почв происходит в центральных областях протекания речных пойм. Преимущество таких горизонтов в большом количестве минералов и других питательных элементов, что обеспечивает необходимые условия для роста растений. В принципе горизонт и получил такое название, потому что на подобных почвах активно растет луговая растительность.
3. Иллювиальные лугово-болотные. Формируются в заболоченных местностях или часто затапливаемых местах протекания речных пойм. Условием образования подобных горизонтов является наличие паводкового затопления и высокое расположение грунтовых вод. Характеризуются наличием на поверхности осоково-тростниковой или древесно-кустарниковой растительности.

Обнаружить иллювиальные почвы не составит труда, если знать, где чаще формируются подобные слои.

Материнская порода

Горные породы, на которых формируются все виды почв, также известные как почвообразующие. Представляют собой самый нижний горизонт почвы, который отвечает за проведение почвообразовательных процессов. Главным свойством материнской породы является богатый минералогический и химический состав, выявленный В. В. Докучаевым в процессе его исследований.

Иногда материнские породы выходят на поверхность в виде изверженных массивных камней или метаморфов, образовавшихся в результате воздействия на грунт высоких температур, чрезмерного давления. Каждый хотя бы раз сталкивался с такими проявлениями подземных слоев.

Формирование рыхлых горных пород произошло в четвертичный период, за счет чего они получили соответствующее название. В зависимости от условий образования подземного горизонта их также делят на отложения континентального и морского типов.

У некоторых материнских пород имеются специфические особенности, которые влияют на дальнейшее формирование климатических почв. А также такие горизонты способны оказать влияние на образование климаксных и деградированных почв.

В большинстве материнских пород содержится большое количество кальция и магния, что сыграло существенную роль в эволюции почв. Оба минерала обеспечивают насыщенность поглощающего комплекса образующихся горизонтов и их биологическую активность.

Почва содержит множество слоев, каждый из которых имеет свои характеристики и особенности. Умение разбираться в горизонтах земли поможет организовать эффективное выращивание растительных культур или обеспечит надежное строительство зданий, сооружений.

Движение континентов

Взглянув на карту Земли, вы можете заметить, что очертания континентов совпадают друг с другом, словно фрагменты составной шарады-загадки. Некоторые ученные полагают, что все континенты некогда (около 200 миллионов лет назад) представляли собой единое целое, образуя единый суперконтинент – Пангею. Считается, что затем материковые плиты начали расползаться, это и привело к появлению материков (см. статью «Движение материков«). Свидетельство существования Пангеи являются ископаемые окаменелости – остатки древнейших растений и животных, дошедших до нас в горных породах (см. статью «Древнейшие формы жизни«). Окаменелости одних и тех же животных были найдены на разных континентах, удаленных друг от друга на многие тысячи километров. Например, окаменелые останки листозавра, древней растительноядной рептилии, были обнаружены в Южной Африке, Азии и Антарктиде. Это доказывает, что все континенты представляли собой в древности единое целое. Некоторые ученые не признают существование Пангеи. Они утверждают, что животные могли перебираться с материка на материк по узким полоскам суши, некогда соединявшим континенты. Другие полагают, что эти животные могли попасть на стволах гигантских древних деревьев.

Поиски окаменелостей

Окаменелости часто встречаются в таких породах, как известняки и сланцы. Их можно также найти на разрезах горных пород, обнаженных при строительстве дорог. Начиная раскопки, всегда заручитесь разрешением на их проведение. Окаменелости можно отыскать в грудах камней у подножия гор. Разная окраска и типы горных пород указывает на то, что здесь можно встретить окаменелости. Чтобы извлечь их из пород, вам потребуется молоток и зубило. Записи о своих находках вы можете заносить в особый журнал.

Строение Земли постоянно меняется. Более 4,6 миллиардов лет тому назад поверхность Земли была покрыта огнедышащими вулканами, из кратеров которых извергались газы, потоки расплавленных пород и водяной пар. После их остывания началось формирование земной коры. Пар конденсировался и выпадал на землю в виде ливневых дождей, которые постепенно заполняли пространство будущих морей.

На протяжении многих миллионов лет Земля прошла через разные этапы своего развития. На дне высохших морей иногда находят окаменелые остатки простейших древних организмов. Первыми на суше появились растения. Позднее из приморских болот и мелководных морей на сушу стали выбираться первые животные. У них развились особые органы – лимбы, позволяющие дышать воздухом.

Постоянно меняющаяся планета

Около 65 миллионов лет назад случилось нечто, повлекшее за собой гибель 75% видов животных, обитавших тогда на Земле, в том числе и динозавров. Как свидетельствуют окаменелости, это произошло за сравнительно короткий период. Динозавры жили на Земле примерно 140 миллионов лет назад. Существует немало теорий, объясняющих причины их вымирание. Может быть болота и озера, в которых жило большинство динозавров, начали активно высыхать. Возможно, эти древние гиганты не сумели приспособиться к изменениям температуры на Земле. Или основная масса растений, которыми питались растительноядные динозавры, погибла в результате изменений климата, что повлекло за собой вымирание сначала растительноядных, а затем хищных динозавров. Одна из теорий объясняет это вымирание столкновением Земли с громадным астероидом, после чего над поверхностью планеты поднялись огромные плотные тучи пыли, на долгие годы закрывшие солнечный свет.

Строение земной коры

Земная кора состоит из отдельных слоёв горных пород, различающихся по своему происхождению, плотности и мощности.

Осадочный и гранитный слой достаточно хорошо изучены, так как их можно увидеть на поверхности Земли. Базальтовый слой до сих пор остаётся для учёных загадкой. Даже 10-километровая сверхглубокая скважина, расположенная на Кольском полуострове, не смогла достигнуть глубины залегания базальтового слоя.

Установить структуру земной коры стало возможным благодаря сейсмолокации. Скорость и направление прохождения сейсмических волн, которые возникают при землетрясении, зависят от плотности и упругости горных пород. Так, изучая сейсмические волны, учёные смогли составить характеристику отдельных слоёв земной коры.

Строение литосферы

Термин «литосфера» был введен американским геологом Дж. Бареллом и свое происхождение берет от греческого слова «литос» — камень. Литосфера включает в себя  земную кору и твердую часть мантии,  соприкасающейся с астеносферой.

Земная кора – верхний слой литосферы, включающая в себя почти все элементы периодической таблицы Менделеева. 

Толщина и строение земной коры под океанами и континентами различаются. Глубина континентальной коры составляет 40-70 км, океаническая тоньше — показатель редко доходит до 15 км, поэтому континентальная как бы находится над уровнем моря. 

Континентальная кора – трехслойна. Верхний слой представлен осадочными породами, 2-ой — гранитом либо гнейсами, 3-ий состоит из базальта и  остальных метаморфических пород. У океанической коры средний слой отсутствует. Возрастные  показатели большей части пород материковой коры указывают на ее «преклонный» возраст относительно океанической коры. 

В основе земной коры лежат  горные породы и ископаемые. Горные породы представляют собой  естественные соединения множества минералов. Выделяют 3 вида горных пород:

1. Магматические. Образуются путем кристаллизации магмы под высокой  температурой и давлением:
   • глубинные ( интрузивные) – затвердение происходит в толще коры (гранит)
   • излившиеся (эффузивные) –  затвердение происходит вследствие извержения магмы на поверхность  (базальт)
2. Осадочные. Образуются путем скопления осадков на земной поверхности. Физико-химические изменения ранее образованных пород  дает начальный материал осадочным породам: 
   • обломочные —  образуются из пород, которые подверглись механическому воздействию, перемещению и отложению;
   • химические – формируются из веществ с хорошей растворимостью, в основном соли;
   • органические – появляются путем разложения живых организмов;
3. Метаморфические  —   являются следствием  изменения других горных пород под действием температуры и давления на глубине.

В недрах земли расположено скопление минералов и горных пород – полезные ископаемые.На поверхности или в земных недрах полезные ископаемые находятся в 3 физических состояниях: жидкие (нефть, мин. воды), твердые (руды, металлы), газообразные (природный газ). В зависимости от составляющих компонентов полезные ископаемые различают: горючие (газ, уголь), металлические (свинец, медь) и неметаллические( известняк, глина).

Исчерпаемый  предел некоторых видов полезных ископаемых требует рационального использования в нуждах человечества.

Четыре

Структура Земли была классически разделена на четыре основных слоя. Кора, верхняя мантия, а также внешние и внутренние ядра были определены их уникальными химическими свойствами на основе исследований вулканической и сейсмической активности, а также массовых оценок земли, которые смогли определить плотности различных слоев. Эти слои взаимодействуя друг с другом и имеют серьезные последствия вулканической, сейсмической и электромагнитной активности, которые характеризуют нашу планету и способствуют кардинальным изменениям в течение геологического времени.

Верхний слой мантии и коры, как правило, действуют вместе как жесткая оболочка. Вместе они называются литосферой, “сферой горных пород”.

Нижний уровень мантии называется астеносферой, и он мягче и слабее, особенно в его верхней части, где может произойти небольшое количество плавления. Именно на этом уровне модель тектоники плит предполагает, что горизонтальное движение может происходить в результате конвекции тепла вверх от ядра Земли. Это способствует вулканической активности и дрейфу континентов с течением времени.

Моделирование ядра Земли может основываться на еще более косвенных доказательствах. Ученые заметили, что металлические метеориты имеют ядра из железа и никеля, и это коррелирует с другими доказательствами, которые предполагают, что ядро Земли аналогично состоит из железа и никеля.

Моделирование плотности центра Земли дает плотность примерно в 14 раз больше плотности воды, которая может быть получена путем сжатия железа и никеля, но не поверхностных пород.

Железный сердечник также дает нам циркулирующий электрический проводник, который может обеспечить необходимый механизм для создания магнитного поля Земли.

Состав биосферы – оболочки

Биосфера разделена на три уровня, обладающих определенными особенностями. Также их называют оболочками.

Атмосфера

Фото атмосферы из космоса Атмосфера – область над поверхностью планеты. Через нее Земля из космоса получает необходимые газы: водород и гелий. Она полностью пронизывается радиацией от Солнца, которое нагревает планету, способствует распаду молекул и ионизации атомов.

Атмосферу можно разделить на различные слои:

• тропосфера (0-10 км);
• стратосфера (10-47 км);
• мезосфера (47-80 км);
• термосфера (80-1000 км);
• экзосфера (от 1000 км), газы рассеиваются в космическое пространство.

В состав атмосферы входят: азот 78,8%, кислород 20,9%, аргон 0,93%, углекислый газ 0,03%. Также в ней присутствуют неон, гелий, метан, водород, водяной пар и озон.

Температура, давление и плотность атмосферы постоянно меняются в зависимости от времени года и суток, расположения. Например, масса водяного пара в разных местах будет отличаться: в тропиках 3%, в Антарктиде 0,00002 %.

Интересный факт: озоновый слой – один из важнейших компонентов в атмосфере. Он находится на высоте в 20-25 км и защищает планету от радиации Солнца.

Гидросфера

Гидросфера составляет большую часть поверхности планеты Гидросфера – это водная оболочка Земли. Жидкость присутствует повсюду: в виде пара находится в атмосфере, в естественном состоянии просачивается сквозь землю, а также составляет основу Мирового океана.

Интересный факт: В воде растворяется множество веществ, и их концентрация может доходить до 50 мг/л, а в море до 35 г/л.

Морская вода содержит в себе такие элементы, как: кислород, водород, хлор, натрий, магний, кальций, калий, бром и сера. Также в разном количестве в ней присутствуют и другие вещества. Фактически, в некоторых водоемах может находиться большая часть химических элементов, и все они будут влиять на местные организмы. Вода также оказывает воздействие на человека, природу, климат, более того, именно в ней зародилась жизнь.

Интересно: Экологическая система: понятие, суть, типы, примеры, уровни, фото и видео

Мировой океан составляет 94% всех вод на планете. Поэтому большая часть подводных организмов проживает именно в нем. В морской воде много растворенных газов, например углекислого больше, чем в атмосфере, в 100 раз. А кислорода наоборот, в 100 раз меньше.

Вода активно поглощает тепло от Солнца, не давая температуре на Земле подниматься критически высоко. Поверхность океана в районе экватора нагревается, образует теплые течения и уносит жидкость в полярные области. Обратно же она возвращается охлажденной. А за счет испарений образуется круговорот воды в природе, что влияет на климат.

Литосфера

Фото каньона как пример литосферы Литосфера – это земля, почва, полезные ископаемые – всё, что находится в твердом веществе на поверхности планеты. В её химический состав входят алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий.

Организмы проникают в почву на глубину до 3 км, дальше им не хватает ни воздуха, ни питательных веществ для того, чтобы выжить. Камни и горные породы препятствуют проходу животных и растений.

Почва включает в себя твердые, жидкие и газообразные элементы, ей присуща живая и неживая природа. Она – результат выветривания горных пород и взаимодействия климата, растений, животных. Самый плодородный – верхний слой (гумус), содержит продукты перегнивания органики, имеет глубину в 10-15 см.

Выделяют три основных элемента почвы:

• твердая часть – это органическое вещество, состоящее из растительного, животного и микробного происхождения;
• жидкая часть – почвенный раствор, в нем находятся элементы питания, необходимые для роста растений: ионы, молекулы, коллоиды;
• газообразная часть – это воздух, который заполняет поры, в его состав входят азот, озон, углекислый газ и множество других элементов в зависимости от места, окружающих условий.

Интересно: Как растения справляются с засухой в пустыне? Описание, фото и видео

В верхних слоях живых существ больше, чем в нижних. Почва – это среда обитания микроорганизмов, формирующих ее плодородие. Они способны разрушать все природные и органические соединения, участвуя в процессе почвообразования. Также микроорганизмы очищают окружающую среду от загрязнений.