Наука о земле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наука о земле

1. Основы геологии

1.1 Очаг землетрясений

Землемлетрясемния - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами), или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызываться также подъёмом лавы при вулканических извержениях. Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром.

Очаг землетрясения - область внутри земли, где под влиянием внутренних причин внезапно выделяется потенциальная энергия; это сопровождается разрушением и интенсивными необратимыми деформациями природного материала. За пределами очага землетрясения деформации горных пород имеют преимущественно обратимый характер. Размеры очага землетрясения связаны с энергией землетрясения (Е) и составляют десятки метров при Е ? 102 - 104 дж; сотни метров при Е ? 105 - 109 дж; километры при Е ? 1010-1016 дж и десятки километров в случае наиболее разрушительных землетрясений.

1.2 Каково строение океанической земной коры

Земнамя корам - внешняя твёрдая оболочка Земли (геосфера). Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами - она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической.

Океаническая земная кора более тонкая (5-7 км), чем континентальная, и состоит из двух слоёв - нижнего базальтового и верхнего осадочного. Ниже базальтового слоя находится поверхность Мохоровичича и верхняя мантия. Рельеф дна океанов очень сложен. Среди разнообразных форм рельефа особенно выделяются огромные срединно-океанические хребты. В этих местах происходит зарождение молодой базальтовой океанической коры из вещества мантии. Через глубинный разлом, проходящий вдоль вершин по центру хребта - рифт, магма выходит на поверхность, растекаясь в разные стороны в виде лавовых подводных потоков, постоянно раздвигая в разные стороны стенки рифтового ущелья. Этот процесс называется спредингом.

Срединно-океанические хребты возвышаются над дном океанов на несколько километров, а их протяженность достигает 80 тыс. км. Хребты рассекаются параллельными поперечными разломами. Их называют трансформными. Рифтовые зоны - самые неспокойные сейсмические зоны Земли. Базальтовый слой перекрывают толщи морских осадочных отложений - илов, глин разного состава.

1.3 Каково строение земной коры

Земнамя корам - внешняя твёрдая оболочка Земли (геосфера). Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами - она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. Разделяет кору и мантию граница Мохоровичича. Кора есть на Марсе и Венере, Луне и многих спутниках планет-гигантов. На Меркурии, хотя он и принадлежит к планетам земной группы, кора земного типа отсутствует. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической.

Континентальная земная кора занимает меньшую площадь (около 40% поверхности Земли), но имеет более сложное строение и гораздо большую мощность. Под высокими горами её толщина измеряется 60-70 километрами. Строение коры континентального типа трёхчленное - базальтовый, гранитный и осадочный слои. Гранитный слой выходит на поверхность на участках, именуемых щитами. Например, Балтийский щит, часть которого занимает Кольский полуостров, сложен породами гранитного состава. Именно здесь велось глубокое бурение, и Кольская сверхглубокая скважина достигла отметки 12 км. Но попытки пробурить весь гранитный слой насквозь оказались неудачными.

Шельф - подводная окраина материка - также имеет континентальную кору. То же относится и к крупным островам - Новой Зеландии, островам Калимантан, Сулавеси, Новая Гвинея, Гренландия, Сахалин, Мадагаскар и другим. Окраинные моря и внутренние моря, такие как Средиземное, Чёрное, Азовское, расположены на коре континентального типа.

Говорить о базальтовом и гранитном слоях континентальной коры можно лишь условно. Имеется в виду, что скорость прохождения сейсмических волн в этих слоях сходна со скоростью прохождения их в породах базальтового и гранитного состава. Граница гранитного и базальтового слоев выделяется не очень чётко и изменяется по глубине. Базальтовый слой граничит с поверхностью Мохо. Верхний осадочный слой меняет свою толщину в зависимости от рельефа поверхности. Так, в горных районах он тонкий или вообще отсутствует, так как внешние силы Земли перемещают рыхлый материал вниз по склонам. Зато в предгорьях, на равнинах, в котловинах и впадинах он достигает значительных мощностей. Например, в Прикаспийской низменности, которая испытывает погружение, осадочный слой достигает 22 км.

1.4 Типы вулканических извержений

В зависимости от количеств, соотношения извергаемых вулканических продуктов (газовые, жидкие или твердые) и вязкости лав выделены четыре главных типа извержений: гавайский (эффузивный), стромболианский (смешанный), купольный (экструзивный) и вулканский.

Гавайский - вулканические горы имеют пологие склоны; их конуса сложены слоями остывшей лавы. В кратере действующих гавайских вулканов находится жидкая лава основного состава с очень небольшим содержанием газов. Она бурно кипит в кратере - небольшом озере на вершине вулкана, представляя собой великолепное зрелище, особенно ночью. Тусклую красновато-коричневую поверхность лавового озера периодически прорывают ослепительные струи лавы, взлетающие вверх. При извержении уровень лавового озера начинает спокойно, почти без толчков и взрывов, подниматься и доходит до краев кратера, затем лава переливается через край и, имея весьма жидкую консистенцию, растекается на обширной территории, со скоростью около 30 км/ч, на десятки километров. Периодические извержения вулканов Гавайских островов приводят к постепенному увеличению их объема за счет наращивания склонов застывшей лавы. По гавайскому типу происходит извержение вулканов на островах Самоа в восточной части Африки, на Камчатке и на самих Гавайских островах - Мауна-Лоа и Килауэа.

Эталоном стромболианского типа является извержение вулкана Стромболи (Липарские острова) в Средиземном море. Обычно вулканы этого типа - это страто-вулканы и извержения, происходящие в них, сопровождаются сильными взрывами и подземными толчками, выбросами паров и газов, вулканического пепла. Иногда отмечается излияние лавы на поверхность, но вследствие значительной вязкости протяженность потоков бывает небольшой. Извержения подобного типа наблюдаются у вулкана Ицалько в центральной Америке; у вулкана Михара в Японии; у ряда вулканов Камчатки (Ключевской, Толбачек и других). Схожее извержение, по последовательности событий и выделяемым продуктам, но в более крупных размерах произошло в 79 году.

Это извержение можно отнести к подтипу стромболианского извержения и назвать его - Везувианский. Извержению вулкана Везувий, отчасти Этны и Вулкано (Средиземное море), предшествовало сильное землетрясение. Затем из кратера вырвался расширяющийся кверху столб белого пара. Постепенно выбрасываемые пепел и обломки пород придали `облаку' черный цвет и начали падать на землю вместе со страшным ливнем. Излияние лавы было сравнительно небольшим. Лава имела средний состав и стекала по склону горы со скоростью 7 км/ч. Основные разрушения были причинены землетрясением и падающими на землю вулканическим пеплом и бомбами, представляющие собой обломки пород и застывшие сгустки лавы.

Потоки ливня с пеплом образовали жидкую грязь, с которой были погребены расположенные на склонах Везувия города - Помпея (на юге), Геркуланум (на юго-западе) и Стабия (на юго-востоке).

Для купольного типа характерно выжимание и выталкивание вязкой (андезитовой, дацитовой или риолитовой) лавы сильным напором из канала вулкана и образование куполов (Пюи-де-Дом в Оверни, Франция; Центральный Семячик, на Камчатке), криптокуполов (Сева-Синдзан на острове Хоккайдо, Япония) и обелисков (Шивелуч на Камчатке).

В вулканском типе большую роль играют газы, производящие взрывы и выбросы огромных туч, переполненным большим количеством обломков горных пород, лав и пепла. Лавы вязкие, образуют небольшие потоки (Авачинская Сопка и Крымская сопка на Камчатке).

Каждый из главных типов извержения разделяют на несколько подтипов (например, стромболианский тип, подтип - Везувианский).

1.5 Что такое землетрясение

Землетрясение - заметные колебания земной коры, происходящие от действия внутренних сил. Различают медленные, слабо заметные колебания и быстрые разрушительные перемещения пластов земной коры.

Причины землетрясения - смещение, оседание пластов земной коры, провалы вследствие размывов и вообще действия воды и вулканические явления. Последние сопровождаются выделением водяных паров, газов, шлака, грязи. Для изучения Земли устроены особые станции (сейсмические) с приборами (сейсмометрами), отмечающими быстроту распространения колебаний земной коры.

Эпицентр, точка земной поверхности, лежащая над центром возникновения толчков и ударов при землетрясениях

Существуют две основные причины землетрясений:

Одной из них являются процессы поверхностного характера, которые вызывают незначительные землетрясения. Эти процессы заключаются в том, что плиты, дрейфующие вдоль таких великих разломов, как, например, разлом Сан-Андреас в Калифорнии или Альпийский разлом в Новой Зеландии, действуют подобно ножницам, круша края друг друга.

Вторая причина отражает более глубокие процессы, происходящие в зонах вдоль краёв смещающихся плит, где рёбра этих масс земной коры погружаются в земную мантию и на глубине около 500 км повторно всасываются, поглощаются. По этой причине происходят уже более крупные землетрясения.

Землетрясение, как правило, происходит глубокой ночью или на рассвете и начинается с легкого дрожания земли, сопровождающегося сильным подземным гулом. Вслед за этим, порой стремительно, возникает серия сильных толчков, способных вызвать извержение вулкана, камнепад и даже разрывы земной поверхности. Участки земли могут подниматься и опускаться, провоцируя, в свою очередь, оползни и цунами - гигантские приливные волны, внезапно обрушивающиеся на прибрежные зоны (они ещё называются сейсмическими волнами). И наконец, в завершающей стадии землетрясения наблюдается уменьшение силы вибрации (из-за которой у многих начинается сильное недомогание и «морская болезнь на суше»).

Больше всего людей погибло в результате землетрясения летом 1201 года на Ближнем Востоке и Восточном Средиземноморье. Количество жертв этого страшного стихийного бедствия составило свыше одного миллиона человек. Самое большое число жертв в наше время зарегистрировано при Тянь-Шаньском землетрясении (силой почти 8 баллов по шкале Рихтера), произошедшем в Восточном Китае в 1976 году. Тогда погибло около 700 тысяч человек.

2. Основы климатологии и метеорологии

2.1 Основные задачи метеорологии и климатологии

Метеорологией называется наука об атмосфере, о ее составе, строении, свойствах и протекающих в ней физических и химических процессах. Теоретической основой метеорологии служат общие законы физики и химии, записанные применительно к атмосфере.

Климатологией называется раздел метеорологии, в котором изучаются закономерности формирования климатов, их распределения по Земному шару и изменения в прошлом и будущем.

Главными задачами метеорологии являются описание состояния атмосферы в данный физический момент времени и прогноз ее состояния на будущее. В некоторых случаях возникает необходимость восстановить состояние атмосферы в прошлом.

2.2 Классификация климатов

Климмат - многолетний режим погоды, характерный для данной местности в силу её географического положения. Под климатом принято понимать усреднённое значение погоды за длительный промежуток времени (порядка нескольких десятилетий) то есть климат - это средняя погода. Таким образом, погода - это мгновенное состояние некоторых характеристик (температура, влажность, атмосферное давление). Отклонение погоды от климатической нормы не может рассматриваться как изменение климата, например, очень холодная зима не говорит о похолодании климата.

В России и на территории бывшего СССР использовалась классификация типов климата, созданная в 1956 году известным советским климатологом Б.П. Алисовым. Эта классификация учитывает особенности циркуляции атмосферы. Согласно этой классификации выделяется по четыре основных климатических поясов на каждое полушарие Земли: экваториальный, тропический, умеренный и полярный (в северном полушарии - арктический, в южном полушарии - антарктический). Между основными зонами находятся переходные пояса - субэкваториальный пояс, субтропический, субполярных (субарктический и субантарктический). В этих климатических поясах в соответствии с преобладающей циркуляцией воздушных масс можно выделить четыре типа климата: материковый, океанический, климат западных и климат восточных берегов.

Экваториальный пояс: - Экваториальный климат

Субэкваториальный пояс: - Тропический муссонный климат, Муссонный климат на тропических плато

Тропический пояс: - Тропический сухой климат, Тропический влажный климат,

Субтропический пояс: - Средиземноморский климат, Субтропический континентальный климат, Субтропический муссонный климат, Климат высоких субтропических нагорий, Субтропический климат океанов

Умеренный пояс: Умеренный морской климат, Умеренно-континентальный климат, Умеренный континентальный климат, Умеренный резко континентальный климат, Умеренный муссонный климат.

Субполярный пояс: Субарктический климат, Субантарктический климат, Полярный пояс: Полярный климат, Арктический климат, Антарктический климат.

2.3 Что такое абсолютная и относительная влажность воздуха

Вес, или точнее масса, водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе. При одной и той же температуре воздух может поглотить вполне определенное количество водяного пара и достичь состояния полного насыщения. Абсолютная влажность воздуха в состоянии его насыщения носит название влагоемкости.

Величина влагоемкости воздуха резко возрастает с увеличением его температуры. Отношение величины абсолютной влажности воздуха при данной температуре к величине его влагоемкости при той же температуре называется относительной влажностью воздуха.

Для определения температуры и относительной влажности воздуха пользуются специальным прибором - психрометром. Психрометр состоит из двух термометров. Шарик одного из них увлажняется с помощью марлевого чехла, конец которого опущен в сосуд с водой. Другой термометр остается сухим и показывает температуру окружающего воздуха. Смоченный термометр показывает температуру более низкую, чем сухой, так как испарение влаги из марли требует определенного расхода тепла. Температура смоченного термометра носит название предела охлаждения. Разность между показаниями сухого и смоченного термометров называется психрометрической разностью. Между величиной психрометрической разности и относительной влажностью воздуха имеется определенная зависимость. Чем больше психрометрическая разность при данной температуре воздуха, тем меньше относительная влажность воздуха и тем больше влаги может поглотить воздух. При разности равной нулю воздух насыщен водяным паром и дальнейшего испарения влаги в таком воздухе не происходит.

2.4 Образование и виды облаков

Облака - это скопление взвешенных в атмосфере капель воды, или ледяных кристаллов, или смеси тех и других, возникших в результате конденсации водяного пара.

Главной причиной образования облаков является адиабатическое понижение температуры в поднимающемся влажном воздухе, приводящее к конденсации водяного пара. Причинами подъема воздуха в этом случае могут являться: 1) конвекция, 2) восходящее скольжение по наклонной фронтальной поверхности, 3) волнообразные движения, 4) турбулентность.

Кроме указанного, понижение температуры может произойти и вследствие радиационного выхолаживания (от излучения) верхних слоев инверсий или верхней границы облаков. В результате конденсации водяного пара в атмосфере образуются облачные элементы двух видов: мелкие водяные капельки (с радиусом около 50 мк) и ледяные кристаллики, имеющие вид шестигранной призмы.

Согласно международной классификации, облака по внешнему виду делятся на 10 основных форм, а по высотам на четыре яруса

A. Облака верхнего яруса (высота основания от 6 км и выше) - 1. Перистые, 2. Перисто-кучевые, 3. Перисто-слоистые.

Б. Облака среднего яруса (высота основания 2-6 км) - 4. Высоко-кучевые 5. Высоко-слоистые.

B. Облака нижнего яруса (высота основание ниже 2 км) 6. Слоисто-кучевые 7. Слоистые 8. Слоисто-дождевые.

Г. Облака вертикального развития (высота основания - в нижнем ярусе, верхняя граница - до тропопаузы) - 9. Кучевые 10. Кучево-дождевые.

В зависимости от причин образования различают следующие три группы облачных форм: 1. Кучевообразные - причиной их возникновения являются различные виды конвекции; 2. Слоистообразные - причиной их возникновения являются восходящие скольжения воздуха вдоль пологих фронтальных разделов, сюда относятся облака, возникающие в результате движения относительно теплого воздуха по холодной подстилающей поверхности; 3. Волнистые - причиной их возникновения являются волновые колебания на задерживающих слоях (инверсий, изотермии и слоях с небольшим вертикальным градиентом температуры).

2.5 Классификация климатов

Кроме приведенной выше классификации (ответ на вопрос 2.2. работы в мире широко распространена классификация климатов, предложенная русским ученым В. Кёппеном (1846-1940). В её основе лежат режим температуры и степень увлажнения. Согласно этой классификации выделяется восемь климатических поясов с одиннадцатью типами климата. Каждый тип имеет точные параметры значений температуры, количества зимних и летних осадков: Континентальный климат, Морской климат, Высокогорный климат, Аридный климат, Гумидный климат, Нивальный климат, Солярный климат, Муссонный климат, Пассатный климат.

3. Основы гидрологии

3.1 Гидрология как наука

Гидроломгия - наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, в них протекающие (испарение, замерзание и т.п.). Предметом изучения являются все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенные и подземные воды. Гидрология занимается:

· исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий;

· проводит анализ гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом;

· даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов; пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках.

3.2 Понятие о гидросфере

Гидросфера - водная оболочка Земли. Она включает в себя все химически несвязанные воды, находящиеся в жидком, твердом (снег, лед) и газообразном состоянии. 96,5% вод приходится на Мировой океан, чуть больше 1,7 - на ледники и постоянные снега, 1,7% - на подземные воды и менее 0,01% - на поверхностные воды. Несмотря на многообразие форм, гидросфера едина, что определяется единством происхождения всех природных вод из мантии Земли, их непрерывностью и взаимосвязью в процессе круговорота воды в природе. Круговорот воды в природе - непрерывное перемещение воды под действием солнечной энергии (испарение, перенос воды в атмосфере) и силы тяжести (просачивание, сток). Составляющие этого круговорота - испарение с поверхности Мирового океана и суши и перенос водяного пара под действием солнечной энергии; конденсация водяного пара, выпадение осадков, их просачивание и сток (поверхностный и подземный) в океан под действием силы тяжести. Вода на Земле играет ту же роль, что и кровь в организме человека. Плановый рисунок речной сети очень напоминает структуру кровеносной системы человека. Вода все время переходит из Водного компонента в другой, перенося, как и кровь в организме, различные химические вещества с суши на море, с моря на сушу, из почвы в растения, из растений в воздух и так до бесконечности. Без воды не может существовать все живое на Земле. Вода - колыбель жизни. Но вода - это и основной «скульптор» рельефа земной поверхности. А что, как не вода, очищает землю от наших же «продуктов жизнедеятельности». Ее санитарная, очистительная роль особенно возрастает в последнее время в районах активной хозяйственной деятельности людей.

3.3 Мировой океан и его части

Мировомй океамн - основная часть гидросферы, составляющая 94,1% всей её площади, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и отличающаяся общностью солевого состава. Континенты и большие архипелаги разделяют мировой океан на пять больших частей (океанов):

Атлантический океан

Индийский океан

Северный Ледовитый океан

Тихий океан

Южный океан

Большие регионы океанов известны как моря, заливы, проливы и т.п. Учение о земных океанах называется океанологией.

3.4 Виды подземных вод

Подземмные вомды - воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии.

По условиям залегания подземные воды подразделяются на: почвенные; грунтомвые; межпластовые; артезианские; минеральные.

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

Грунтомвые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

Межпластовые воды - нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.

В зависимости от залегания, характера пустот водовмещающих пород, подземные воды делятся на:

поровые - залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и др. обломочных породах;

трещинные (жильные) - в скальных породах (гранитах, песчаниках);

карстовые (трещинно-карстовые) - в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).

3.5 Типы озер

Омзеро - компонент гидросферы, представляющий собой естественно возникший водоём, заполненный в пределах озёрной чаши (озёрного ложа) водой и не имеющий непосредственного соединения с морем (океаном). Озёра являются предметом изучения науки лимнологии.С точки зрения планетологии, озеро представляет собой существующий стабильно во времени и пространстве объект, заполненный веществом, находящимся в жидкой фазе, размеры которого занимают промежуточное положение между морем и прудом.

С точки зрения географии, озеро представляет собой замкнутое углубление суши, в которое стекает и накапливается вода. Озёра не являются частью Мирового океана.

По происхождению озёра делятся на:

· Тектонические: образуются путём заполнения трещин в земной коре. Ярким примером тектонического озера является озеро Байкал.

· Ледниковые: образуются тающим ледником. Типичным ледниковым озером, оставшимся от последнего ледникового периода является Арберзее, расположенное у подножья горы Большой Арбер (1456 м) - самой высокой горы Богемского леса.

· Речные (или старицы).

· Приморские (лагуны и лиманы). Наиболее известной лагуной является Венецианская, расположенная в северной части Адриатического моря.

· Провальные (карстовые, термокарстовые). Особенностью некоторых провальных озёр является их периодическое исчезновение и появление, зависящие от своеобразной динамики подземных вод. Типичный представитель - озеро Эрцо в Южной Осетии.

· Завально-запрудные: образуются при обрушении части горы (например, озеро Рица в Абхазии).

· Горные: расположены в горных котловинах.

· Кратерные: расположены в кратерах потухших вулканов и трубок взрыва. В Европе подобные озёра находятся в области Айфель (Германия). Возле них наблюдаются слабые проявления вулканической деятельности в виде горячих источников.

· Искусственные (водохранилища, пруды). Создание таких озёр может быть самоцелью, например, для создания водохранилищ различного назначения. Нередко это создание связано с проведением более или менее значительных земляных работ. Но в ряде случаев такие озёра возникают как побочное следствие таких работ, например в выработанных карьерах.

По положению озёра делятся на (применительно к планете Земля):

· Наземные, воды которых принимают активное участие в кругообороте воды в природе и подземные, воды которых если и принимают в нём участие, то лишь косвенно. Иногда эти озёра заполнены ювенильной, то есть самородной водой.

· Подземные. К числу подземных озёр может быть отнесено и подлёдное озеро в Антарктиде.

По водному балансу озёра делятся на:

· Сточные (имеют сток, преимущественно в виде реки).

· Бессточные (не имеют поверхностного стока или подземного отвода воды в соседние водосборы. Расход воды происходит за счет испарения).

землетрясение вулканический климатология влажность

Размещено на Allbest.ru