Основы геологии и почвоведения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Состав и строение атмосферы, ее значение в жизни Земли

Атмосфера (от греч. atmos -- пар и spharia -- шар) -- воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, протекающими на нашей планете, а также с деятельностью живых организмов.

Нижняя граница атмосферы совпадает с поверхностью Земли, так как воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в воде.

Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в космическое пространство.

Благодаря атмосфере, в которой содержится кислород, возможна жизнь на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями.

Если бы не было атмосферы, на Земле была бы такая же тишина, как на Луне. Ведь звук -- это колебание частиц воздуха. Голубой цвет неба объясняется тем, что солнечные лучи, проходя сквозь атмосферу, как через линзу, разлагаются на составляющие цвета. При этом рассеиваются больше всего лучи голубого и синего цветов.

Атмосфера задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действует на живые организмы. Также она удерживает у поверхности Земли тепло, не давая нашей планете охлаждаться.

Строение атмосферы

В атмосфере можно выделить несколько слоев, различающихся по температуре и плотности (рис. 1).

Тропосфера

Тропосфера -- самый нижний слой атмосферы, толщина которого над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах -- 10-12 км, а над экватором -- 16-18 км.

Рис. 1. Строение атмосферы Земли

Воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, т. е. от суши и воды. Поэтому температура воздуха в этом слое с высотой понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С.

В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы, находится почти весь водяной пар, возникают грозы, бури, облака и осадки, а также происходит вертикальное (конвекция) и горизонтальное (ветер) перемещение воздуха.

Можно сказать, что погода в основном формируется в тропосфере.

Стратосфера

Стратосфера -- слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км. Цвет неба в этом слое кажется фиолетовым, что объясняется разреженностью воздуха, из-за которой солнечные лучи почти не рассеиваются.

В стратосфере сосредоточено 20 % массы атмосферы. Воздух в этом слое разрежен, практически нет водяного пара, а потому почти не образуются облака и осадки. Однако в стратосфере наблюдаются устойчивые воздушные течения, скорость которых достигает 300 км/ч.

В этом слое сосредоточен озон (озоновый экран, озоносфера), слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле и тем самым защищая живые организмы на нашей планете. Благодаря озону температура воздуха на верхней границе стратосферы находится в пределах от -50 до 4-55 °С.

Между мезосферой и стратосферой расположена переходная зона -- стратопауза.

Мезосфера

Мезосфера -- слой атмосферы, расположенный на высоте 50-80 км. Плотность воздуха здесь в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли. Цвет неба в мезосфере кажется черным, в течение дня видны звезды. Температура воздуха снижается до -75 (-90)°С.

На высоте 80 км начинается термосфера. Температура воздуха в этом слое резко повышается до высоты 250 м, а потом становится постоянной: на высоте 150 км она достигает 220-240 °С; на высоте 500-600 км превышает 1500 °С.

В мезосфере и термосфере под действием космических лучей молекулы газов распадаются на заряженные (ионизированные) частицы атомов, поэтому эта часть атмосферы получила название ионосфера -- слой очень разреженного воздуха, расположенный на высоте от 50 до 1000 км, состоящий в основном из ионизированных атомов кислорода, молекул окиси азота и свободных электронов. Для этого слоя характерна высокая наэлектризован- ность, и от него, как от зеркала, отражаются длинные и средние радиоволны.

В ионосфере возникают полярные сияния -- свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц -- и наблюдаются резкие колебания магнитного поля.

Экзосфера

Экзосфера -- внешний слой атмосферы, расположенный выше 1000 км. Этот слой еще называют сферой рассеивания, так как частицы газов движутся здесь с большой скоростью и могут рассеиваться в космическое пространство.

Состав атмосферы

Атмосфера -- это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), озона и других газов, но их содержание ничтожно (табл. 1). Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО₂ примерно на 10-12 %.

Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Химический состав сухого атмосферного воздуха у земной поверхности

Газ	Объемная концентрация. %	Молекулярная масса, ед.
Азот	78,084	28,0134
Кислород	20,9476	31,9988
Аргон	0,934	39,948
Углекислый газ	0.0314	44,00995
Неон	0,001818	20,179
Гелий	0,000524	4,0026
Метан	0,0002	16,04303
Криптон	0,000114	83,80
Водород	0,00005	2,01594
Закись азота	0,0000087	44,0128
Ксенон	от 0 до 0,00001	131,30
Двуокись серы	от 0 до 0,000007 летом; от 0 до 0,000002 зимой	64,0628/47,9982
Озон	От 0 ло 0,000002	46,0055/17,03061
Двуокись азога	Следы	28,01055
Аммиак	Следы
Окись углерода	Следы

Азот, самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.

Кислород, в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода -- окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.

Роль углекислого газа в атмосфере исключительно велика. Он поступает в атмосферу в результате процессов горения, дыхания живых организмов, гниения и представляет собой, прежде всего, основной строительный материал для создания органического вещества при фотосинтезе. Кроме этого, огромное значение имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создаст так называемый парниковый эффект, о котором речь пойдет ниже.

Влияние на атмосферные процессы, особенно на тепловой режим стратосферы, оказывает и озон. Этот газ служит естественным поглотителем ультрафиолетового излучения Солнца, а поглощение солнечной радиации ведет к нагреванию воздуха. Средние месячные значения общего содержания озона в атмосфере изменяются в зависимости от широты местности и времени года в пределах 0,23-0,52 см (такова толщина слоя озона при наземных давлении и температуре). Наблюдается увеличение содержания озона от экватора к полюсам и годовой ход с минимумом осенью и максимумом весной.

Характерным свойством атмосферы можно назвать то, что содержание основных газов (азота, кислорода, аргона) с высотой изменяется незначительно: на высоте 65 км в атмосфере содержание азота -- 86 %, кислорода -- 19, аргона -- 0,91, на высоте же 95 км -- азота 77, кислорода -- 21,3, аргона -- 0,82 %. Постоянство состава атмосферного воздуха по вертикали и по горизонтали поддерживается его перемешиванием.

Кроме газов, в воздухе содержатся водяной пар и твердые частицы. Последние могут иметь как естественное, так и искусственное (антропогенное) происхождение. Это цветочная пыльца, крохотные кристаллики соли, дорожная пыль, аэрозольные примеси. Когда в окно проникают солнечные лучи, их можно увидеть невооруженным глазом.

Особенно много твердых частиц в воздухе городов и крупных промышленных центров, где к аэрозолям добавляются выбросы вредных газов, их примесей, образующихся при сжигании топлива.

Концентрация аэрозолей в атмосфере определяет прозрачность воздуха, что сказывается на солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Наиболее крупные аэрозоли -- ядра конденсации (от лат. condensatio -- уплотнение, сгущение) -- способствуют превращению водяного пара в водяные капли.

Значение водяного пара определяется прежде всего тем, что он задерживает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности; представляет основное звено больших и малых круговоротов влаги; повышает температуру воздуха при конденсации водяных наров.

Количество водяного пара в атмосфере изменяется во времени и пространстве. Так, концентрация водяного пара у земной поверхности колеблется от 3 % в тропиках до 2-10 (15) % в Антарктиде.

Среднее содержание водяного пара в вертикальном столбе атмосферы в умеренных широтах составляет около 1,6-1,7 см (такую толщину будет иметь слой сконденсированного водяного пара). Сведения относительно водяного пара в различных слоях атмосферы противоречивы. Предполагалось, например, что в диапазоне высот от 20 до 30 км удельная влажность сильно увеличивается с высотой. Однако последующие измерения указывают на большую сухость стратосферы. По-видимому, удельная влажность в стратосфере мало зависит от высоты и составляет 2-4 мг/кг.

Изменчивость содержания водяного пара в тропосфере определяется взаимодействием процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. В результате конденсации водяного пара образуются облака и выпадают атмосферные осадки в виде дождя, града и снега.

Процессы фазовых переходов воды протекают преимущественно в тропосфере, именно поэтому облака в стратосфере (на высотах 20-30 км) и мезосфере (вблизи мезопаузы), получившие название перламутровых и серебристых, наблюдаются сравнительно редко, тогда как тропосферные облака нередко закрывают около 50 % всей земной поверхности.

Количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе, зависит от температуры воздуха.

В 1 м³ воздуха при температуре -20 °С может содержаться не более 1 г воды; при 0 °С -- не более 5 г; при +10 °С -- не более 9 г; при +30 °С -- не более 30 г воды.

Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара может в нем содержаться.

Воздух может быть насыщенным и не насыщенным водяным паром. Так, если при температуре +30 °С в 1 м³ воздуха содержится 15 г водяного пара, воздух не насыщен водяным паром; если же 30 г -- насыщен.

Абсолютная влажность -- это количество водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха. Оно выражается в граммах. Например, если говорят «абсолютная влажность равна 15», то это значит, что в 1 м^Л содержится 15 г водяного пара.

Относительная влажность воздуха -- это отношение (в процентах) фактического содержания водяного пара в 1 м³ воздуха к тому количеству водяного пара, которое может содержаться в 1 м^Л при данной температуре. Например, если по радио во время передачи сводки погоды сообщили, что относительная влажность равна 70 %, это значит, что воздух содержит 70 % того водяного пара, которое он может вместить при данной температуре.

Чем больше относительная влажность воздуха, т. с. чем ближе воздух к состоянию насыщения, тем вероятнее выпадение осадков.

Всегда высокая (до 90 %) относительная влажность воздуха наблюдается в экваториальной зоне, так как там в течение всего года держится высокая температура воздуха и происходит большое испарение с поверхности океанов. Такая же высокая относительная влажность и в полярных районах, но уже потому, что при низких температурах даже небольшое количество водяного пара делает воздух насыщенным или близким к насыщению. В умеренных широтах относительная влажность меняется по сезонам -- зимой она выше, летом -- ниже.

Особенно низкая относительная влажность воздуха в пустынях: 1 м¹ воздуха там содержит в два-три раза меньше возможного при данной температуре количество водяного пара.

Для измерения относительной влажности пользуются гигрометром (от греч. hygros -- влажный и metreco -- измеряю).

При охлаждении насыщенный воздух не может удержать в себе прежнего количества водяного пара, он сгущается (конденсируется), превращаясь в капельки тумана. Туман можно наблюдать летом в ясную прохладную ночь.

Облака -- это тог же туман, только образуется он не у земной поверхности, а на некоторой высоте. Поднимаясь вверх, воздух охлаждается, и находящийся в нем водяной пар конденсируется. Образовавшиеся мельчайшие капельки воды и составляют облака.

В образовании облаков участвуют и твердые частицы, находящиеся в тропосфере во взвешенном состоянии.

Облака могут иметь различную форму, которая зависит от условий их образования.

Самые низкие и тяжелые облака -- слоистые. Они располагаются на высоте 2 км от земной поверхности. На высоте от 2 до8 км можно наблюдать более живописные кучевые облака. Самые высокие и легкие -- перистые облака. Они располагаются на высоте от 8 до 18 км над земной поверхностью.

Семейства	Роды облаков	Внешний облик
А. Облака верхнего яруса -- выше 6 км	I. Перистые	Нитевидные, волокнистые, белые
	II. Перисто-кучевые	Слои и гряды из мелких хлопьев и завитков, белые
	III. Перисто-слоистые	Прозрачная белесая вуаль
Б. Облака среднего яруса -- выше 2 км	IV. Высококучевые	Пласты и гряды белого и серою цвета
	V. Высокослоистые	Ровная пелена молочно-серого цвета
В. Облака нижнего яруса -- до 2 км	VI. Слоисто-дождевые	Сплошной бесформенный серый слой
	VII. Слоисто-кучевые	Непросвечиваемые слои и гряды серого цвета
	VIII. Слоистые	Непросвечиваемая пелена серого цвета
Г. Облака вертикального развития -- от нижнего до верхнего яруса	IX. Кучевые	Клубы и купола ярко-бе- лого цвета, при ветре с разорванными краями
	X. Кучево-дождевые	Мощные кучевообразные массы темно-свинцового цвета

Охрана атмосферы

Главным источником загрязнения атмосферы являются промышленные предприятия и автомобили. В больших городах проблема загазованности главных транспортных магистралей стоит очень остро. Именно поэтому во многих крупных городах мира, в том числе и в нашей стране, введен экологический контроль токсичности выхлопных газов автомобилей. Поданным специалистов, задымленность и запыленность воздуха может наполовину сократить поступление солнечной энергии к земной поверхности, что приведет к изменению природных условий.

2. Условия образования в земной коре, форма залегания, минеральный состав, классификация осадочных горных пород

Образование минералов.

Минерал - это результат природных физико-химических процессов в земной коре (литосфере). Все виды процессов образования минералов, можно разделить на три основные группы.

1. Эндогенные процессы (гипогенные, глубинные), связанны с внутренними источниками энергии литосферы. Связаны с магматической деятельностью, и поэтому протекают в недрах Земли. Внедрившаяся в земную кору магма застывает, образуя горные породы, а выделяемые ей водные и газовые растворы переносят химические вещества, которые откладываются в трещинах, пустотах породы и образуют минералы.

2. Экзогенные процессы образования (гипергенные, т.е. поверхностные), связанны с внешними источниками энергии. Эти процессы протекают на поверхности литосферы, в гидросфере, иногда в атмосфере. Они связаны с выветриванием (разрушением) горных пород и минералов, вследствие которых, образуются другие породы и минералы, более устойчивые к этой среде. К экзогенному типу, следует отнести и процессы образования минералов, в результате жизнедеятельности биосферы Земли. Такие процессы, называются - биогенными.

3. Метаморфические процессы образования минералов, при течении которых ранее образованные эндогенным или экзогенным способом минералы, изменяют свои физико-химические свойства, образуя совершенно новые минеральные виды.

3. Горные породы в земной коре - определение, классификация, происхождение

Горные породы представляют собой механические сочетания разных по составу минералов, в том числе и жидких. Процентное содержание минералов в Г. п. определяет её минеральный состав. Форма, размеры, взаимное расположение и ориентация минеральных зёрен или частиц горные породы обусловливают её структуру и текстуру.

По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические и метаморфические Г. п. слагают около 90% объёма земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных пород, однако последние занимают 75% площади земной поверхности.

I. Изверженные (магматические) --первичные:

А. Глубинные (интрузивные) --граниты, сиениты, диориты, габбро и др.

Б. Излившиеся (эффузивные)--диабазы, порфиры, базальты, туфовые лавы и др.

II. Осадочные -- вторичные:

А. Механические, обломочные отложения: 1)рыхлые -- валуны, щебень, гравий, песок; 2) сцементированные -- песчаники, конгломераты, брекчии.

Б. Органогенные и химические образования --различные известняки, доломиты, магнезиты, гипс, ангидрит.

III Метаморфические (видоизмененные)--гнейс, мраморы, кварциты.

Магматические горные породы образуются в результате застывания магмы. В глубоких частях земной коры магма охлаждается медленно, хорошо раскристаллизовывается, и из неё формируются кристаллические зернистые породы, называемые интрузивными (граниты, сиениты, диориты и др.). Эти породы залегают в земной коре в виде батолитов, штоков, лакколитов и др. тел. Магма, излившаяся на земную поверхность в виде лавы вулканов, остывает быстро (часть её может не раскристаллизоваться, а затвердеть в виде вулканического стекла), образуя эффузивные, или излившиеся, горные породы (базальты, андезиты, липариты и др.), а также вулканические туфы, представляющие собой сцементированные твёрдые продукты вулканических извержений (пепел, лапилли, вулканические бомбы и др.).

Осадочные горные породы образуются на земной поверхности и вблизи неё в условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования морских и континентальных осадков. По способу своего образования осадочные породы подразделяются на три основные генетические группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты) -- грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы -- дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные, биохемогенные и органогенные породы -- продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, кремнистые породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, органогенные известняки).

Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород. Факторами, вызывающими эти изменения, могут быть: близость застывающего магматического тела и связанное с этим прогревание метаморфизуемой породы, а также воздействие отходящих от этого тела активных химических соединений, в первую очередь различных водных растворов (контактный метаморфизм), или погружение породы в толщу земной коры, где на неё действуют факторы регионального метаморфизма -- высокие температуры и давления. химическом составе и физических свойствах.



4. Магматические горные породы - определение, классификация, происхождение

Все магматические горные породы образуются в результате эндогенных процессов.

Магматические породы образуются путем кристаллизации магматического расплава. В зависимости от того, на какой глубине происходит этот процесс, среди магматических пород выделяют:

Интрузивные (лат. "интрузио" - проникаю, внедрять) (глубинные, абиссальные), которые кристаллизуются на больших глубинах в толще земной коры среди других горных пород. Интрузивные горные породы формируются в условиях медленного понижения температуры при высоком всестороннем давлении в глубинах земной коры, вследствие чего обладают полнокристаллической, крупнозернистой структурой;

Субвулканические и жильные (полуглубинные, гипабиссальные), формирующиеся ближе к поверхности земли, при более быстрых снижениях температуры в условиях более низкого давления;

Эффузивные (лат. "эффузио" - излияние) (излившиеся, вулканические), застывшие на дневной поверхности в результате излияния магмы в виде лавы при вулканических извержениях. Эффузивные горные породы вследствие быстрого застывания обычно мелкозернисты и частично, а иногда полностью состоят из стекла. Часто в них встречаются более крупные кристаллы вкрапленники.

Магматические горные породы различаются по условиям залегания, химическому и минеральному составу, текстуре и структуре.

Осадочные горные породы -- (вторичные) горные породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трёх процессов одновременно.

Для простоты изучения применяется сравнительно простая классификация. Осадочные породы подразделяются на:

обломочные (наслаивались в водоемах или на поверхности земли в результате разрушения изверженных пород и их последующего переотложения: сцементированные отложения (песчаники, брекчии, конгломераты) и рыхлые (пески, глины, гравий и щебень)),

хемогенные (возникли в процессе высыхания озер и заливов, отделившихся от морских бассейнов, в результате выпадения в осадок различных соединений- гипс, соль каменная, травертина),

органогенные (образовались в результате жизнедеятельности растительных и животных организмов - известняки и мел.)

смешанные(породы, в составе которых существенную роль играют несколько компонентов либо разной размерности частиц, либо разного химико-минералогического состава и происхождения - глинистые пески, песчанистые глины, алевритовые глины )

Метаморфические горные породы -- породы, подвергшиеся метаморфизму, т.е. изменившие минеральный состав или размер и текстуру агрегатов зёрен без существенного изменения химического состава под воздействием высоких температуры и давления, химически активных газообразных веществ и горячих растворов, циркулирующих в породах.

Тип метаморфизма	Факторы метаморфизма
Метаморфизм погружения	Увеличение давления, циркуляция водных растворов
Метаморфизм нагревания	Рост температуры
Метаморфизм гидратации	Взаимодействие горных пород с водными растворами
Дислокационный метаморфизм	Тектонические деформации
Импактный(ударный) метаморфизм	Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы

Разнообразные сланцы от низкотемпературных хлоритовых и серицитовых до кристаллических сланцев различного состава, образованных в высокотемпературных условиях.

К метаморфическим горным породам высоких давлений (1500 МПа) многие исследователи относят эклогиты -- массивные существенно гранато-пироксеновые породы со значительным содержанием пиропа в гранате и жадеита в пироксене

Магматическими процессами называются все процессы, с которыми связано образование магмы и магматических пород, а также явления, обусловленные деятельностью магмы. Магма - это огненно-жидкий природный обычно силикатный расплав, обогащённый летучими компонентами (H₂O, CO₂, CO, H₂S и др.).

Магма поднимается по разломам к земной коре и застывает здесь (кристаллизуется) на глубинах нескольких километров Если образование из магмы твердой магматической породы происходит в недрах Земли, процесс называется интрузивным, или плутоническим, а породы-- интрузивными. При этом кристаллизация магмы может происходить как в самом очаге, так и на значительном расстоянии от него. Магма в движении может достичь поверхности Земли и излиться на нее. Тогда она будет называться лавой, процесс излияния и затвердевания -- эффузивным, а продукты затвердевания -- эффузивными, или излившимися породами

Тела, образующиеся на меньших глубинах, больше считаются с составом и залеганием вмещающих пород. При своем внедрении они используют любые ослабленные зоны, независимо от их направления. В первую очередь магма проникает здесь по трещинам и, заполняя их, образует дайки - вертикально расположенные плитообразные тел

Штокипредставляют собой интрузивные тела площадью до 100 кмІ, изометрической в плане формы, обычно вытянутые в вертикальном направлении.

Лакколиты--относительно небольшие (от 100--200 м до нескольких километров в поперечнике) магматические тела караваеобразной формы. Образовавшая их магма обычно кислого состава, приподнимает вышележащие слои и заполняет образовавшуюся пустоту, поэтому верхняя поверхность этого тела как правило куполообразная, выпуклая, тогда как нижняя ровная, плоская.

Батолиты --огромные магматические тела часто неправильной формы, застывшие глубоко в толще земной коры. Стенки батолитов чаще всего имеют крутые наклоны в стороны от центральной части массива, при этом тело обычно расширяется книзу, и на больших глубинах батолиты своими корнями тесно связаны с магматическим очагом. Батолиты образует в основном кислая магма (граниты и гранодиориты). Обычно батолиты достигают десятков километров в поперечнике, но бывают и более крупные, часто их длина намного больше ширины

Гарполиты представляют собой огромные тела вытянутые между пластами вмещающих пород. Образовались они также на большой глубине, невдалеке от магматического очага. Причина образования их, т. е. природа растекания магмы в горизонтальном направлении, остается не вполне ясной. Некоторые пытаются объяснить это следующим образом: когда магма устремляется вверх, то в верхних частях магматического очага создается некоторое разрежение материи, т. е. потенциальная пустота; вышележащие, покрывающие магму, породы опускаются в эту «пустоту», и в них самих по плоскостям напластования создаются разреженные участки, в которые и нагнетается движущаяся в горизонтальном направлении магма как кислого, так и основного состава. В разрезе гарполит по форме напоминает серп, с чем и связано его название -- «серповидный камень».

Очень часто зоны минимальной плотности располагаются в осадочных породах между поверхностями отдельных пластов, в изгибах (замках) складок и часто используются магмой. При этом, если магма внедряется в ядро синклинальной складки, то образуется тело чашеобразной формы, у которого нижняя и верхняя поверхности наклонены к центру. Такое тело носит название лополита. Лополиты иногда достигают огромных размеров. Так, знаменитый Бушвелдский лополит в Южной Африке занимает площадь 480--300 кмІ. Если магма внедряется в сводовые части складки, то образуются тела, напоминающие выпуклые линзы, именуемые факолитами.

В том случае, когда магма внедряется в межпластовые пространства горизонтально или наклоннолежащих пластов, образуются пластовые залежи, или силлы. Они бывают часто большими по протяжению и располагаются в несколько ярусов, иногда связанных друг с другом перемычками

Бисмалит -- магматическое интрузивное тело, похожее на лакколит. Представляет собой позднюю стадию формирования лакколита, осложненную цилиндрическим горстообразным поднятием. Его происхождение обязано избыточному давлению вязкой (кремнекислотной) магмы над весом вышележащих слоев, что приводит к возникновению системы трещин в кровле лакколита, куда внедряется магма с образованием секущего цилиндрического тела или конического тела. Может достигать поверхности Земли или оканчиваться в толще осадочных пород, приподнимая их в виде купола, представляют собой мелкие, частично согласные интрузивные тела, имеющие форму перевернутой капли с куполовидной кровлей. В кровле контакты с вмещающими породами согласные, в боковых стенках - секущие. При внедрении магматические диапиры деформируют вмещающие толщи, приподнимая их в кровле и вызывая образование мелких складок и разрывов вблизи боковых контактов.

5. Вулканизм

Совокупность явлений, связанных с движением магмы к поверхности Земли, называется вулканизмом. В зависимости от характера движения магмы и степени ее проникновения в земную кору вулканизм может быть поверхностным (эффузивным), когда магма прорывает земную кору и изливается на поверхность, и глубинным (интрузивным), когда перемещение магмы заканчивается внутри земной коры.

В последствие извержения вулкана выделяются продукты вулканической деятельности, которые бывают трех видов - жидкие, газообразные и твердые.

Жидкие. Это именно лава, температура этих извержений в пределах 600-1200 с. Вязкость лавы объясняется ее химическим составом и зависит от количества кремнезема или диоксида кремния. Если содержание кремнезема высокое - более 65 %, то лаву называют кислой, она довольно легкая, вязкая, содержит много газов, медленно остывает и малоподвижная температура (800-9000с). Если содержание кремнезема 60-52 %, то это средняя лава - они вязкие, но нагреты сильнее (до 1000-12000с). Менее 52 % - основная лава - они жидкие, быстро текут, после застывания образуется корочка, под которой продолжается движение жидкости.

Газообразные - фумарол и софион. У них очень важная роль: во время кристаллизации магмы именно выделяющиеся газы вызывают взрывы и выбрасывают лаву на поверхность. При извержении происходит выделение газовых струй - именно они образуют в атмосфере грибовидное облако, состоящее из капелек расплавленного пепла и газа.

Есть несколько видов фумарол: сухие (температура 5000с); кислые (температура 3000-4000с); щелочные или аммиачные (температура не больнее 1800с); сернистые или сольфатары (температура около 1000с); углекислые или моферы (температура меньше 1000).

Твердые - вулканические бомбы, лапилли, пепел, вулканический песок. Когда извергается вулкан, они вылетают со скоростью 500-600 м/с. Вулканические бомбы - это куски затвердевшей лавы. Размеры у них разные. Бывают двух видов: те, которые возникли из вязкой, но менее насыщенной газами лавы и те, которые формируются в движении из жидкой лавы. Лапилли - это мелкие обломки шлака. Вулканический песок - обломки лавы еще меньше, чем лапиллии. Вулканический пепел - самый мелкий вид обломков лавы, оседая, образует вулканический туф.

Извержение вулкана -- процесс выброса вулканом на земную поверхность раскалённых обломков, пепла, излияние магмы, которая, излившись на поверхность, становится лавой. Извержение вулкана может иметь временной период от нескольких часов до многих лет.

Основные типы вулканов

Тип вулкана	Основные признаки извержения
Гавайский	Жидкая базальтовая лава медленно вытекает по трещинам земной коры. Образуются мощные базальтовые покровы
Страмболи	Вулкан, образуемый последовательными напластованиями тефры. Лава выбрасывается в виде шлаков газовыми взрывами. Чередование большей и меньшей активности
Вулкано	Вулкан с центральным куполом. Вязкие лавы забивают подводящий канал. Время от времени происходит прорыв кратера давлением газов. Осуществляется извержение и выброс тефры. После эксплозиции лава вытекает спокойно
Везувий	Из глубоко расположенного магматического очага на земную поверхность изливается лава, насыщенная газами. Сильными эксплозициями она выбрасывается в атмосферу на высоту нескольких километров и выпадает в виде пепла. Активность эпизодическая, наблюдаются долгие периоды покоя
Мон-Пеле	Очень вязкая лава забивает подводящий канал и образует вулканический столб. К подножию вулкана сваливается палящая туча

6. Почвоведение - экологическая дисциплина. Понятие о почвоведение как науке

Почвоведение - наука о почвах их образовании (генезисе), строении, составе и свойствах; о закономерности их географического распространения, о процессах взаимосвязи с внешней окружающей средой, определяющей формирование и развитие главнейшего свойства почв, плодородия и о путях рационального использования почв.

Почва - самостоятельное природное тело и её формирование, есть сложный процесс взаимодействия 5^ти природных факторов почвообразования:

1.Климата

2.Рельефа

3.Растительного и животного мира

4.Почвообразование породы

5.Возраст страны

Особенности почвы:

1.Незаменимость

2.Ограниченность

3.Не перемещаемость

4.Плодородие

Плодородие - способность почвы удовлетворять потребности растения в элементах питания, воде; обеспечивать корневую систему достаточным количеством воздуха и тепла для нормальной деятельности и формирования урожая.

Методы исследования почвоведения:

1.Сравнительно-географический

2.Сравнительно-аналитический

3.Стационарный (изучение в процессов и режимов в полевых условиях)

4.Метод моделирования почвенных процессов и режимов

Современное состояние почв России:

Площадь земель ~ 1709.8 млн. га

0.85 га ~ надушу населения

36 млн. га пашни подвержены эрозии

2.5 млн. га повреждены оврагами

38 млн. га - переувлажнено

40 млн. га - засолено

62 млн. га земель загрязнено выбросами промышленных предприятий

1 млн. га - подвержены техногенными разрушениями

3 млн. га - находятся под свалкой

74 млн. га - техногенные пустыни

5 млн. га - радионуклиды из-за катастрофы в Чернобыле

2.5 млн. га - заболочены

13% - занимает вечная мерзлота

В связи с этим выделяют следующие задачи почвоведения:

1.Осушение и орошение земель

2.Известкование кислых почв

3.Гипсование солонцов

4.Противоэрозионные мероприятия

5.Рекультивация (восстановление) техногенно нарушенных земель

6.Мероприятия по закреплению разбитых песков (зыбучие пески)

7.Борьба с засорением и переувлажнением орошаемых земель

8.Восстановление и освоение выработанных торфяников

9.Тепловые и противо-мерзлотные мелиорации

10.Окультуривание и культивирование (рыхление) переуплотненного корнеобитаемого горизонта

11.Пескование тяжелых, глиняных почв и глинование легких, песчаных почв

1.Почва весьма своеобразное природное тело

2.Главная задача почвоведения на современном этапе:

a. Провести полную инвентаризацию почв планеты

b. Дать оценку их состояния и потенциальных возможностей

c. Разработать экологические и экономические технологии землепользования, которые бы во всех случаях были почвоохранительными, и направленные на улучшение почв и расширенное воспроизводство и плодородие.



7. Большой геологический и малый биологический круговорот веществ в природе. Аккумуляция биогенных элементов в почве

Круговорот веществ в природе - повторяющийся циклический процесс превращения и перемещения отдельных химических элементов и их соединений. Происходил в течение всей истории развития Земли и продолжается в настоящее время. Всегда имеет место определённое отклонение в составе и количестве циркулирующего вещества, поэтому в природе нет полного повторения цикла. Это определяет поступательное развитие Земли как планеты. Особенно характерен круговорот веществ для геологической стадии развития, когда формировались осн. оболочки Земли. По масштабу проявления на первом месте находится геологический круговорот. Он представляет собой движение вещества по преимуществу во внутренних оболочках: подъём в результате восходящих тектонических движений и вулканизма; перенос его по горизонтали во внешних оболочках и аккумуляция; нисходящие движения - захоронение осадков, погружение в результате нисходящих тектонических движений. На глубине происходит метаморфизм, плавление вещества с образованием магмы и метаморфических горных пород. Основополагающую роль в создании географической оболочки играет круговорот воды.

Со времени появления жизни на Земле начался биологический круговорот. Он обеспечивает непрерывные превращения, в результате которых вещества после использования одними организмами переходят в усвояемую для других организмов форму. Энергетической основой является поступающая на Землю солнечная энергия. Растительные организмы поглощают минеральные вещества, которые через пищевые цепи попадают в организм животных, затем с помощью редуцентов (бактерий, грибов и др.) возвращаются в почву или атмосферу. От интенсивности этого круговорота зависит количество и разнообразие живых организмов на Земле и объём накапливаемой ими биомассы. Макс. интенсивность биологического круговорота на суше наблюдается во влажных тропических лесах, где растительные остатки почти не накапливаются и высвобождающиеся минеральные вещества сразу же поглощаются растениями. Весьма низка интенсивность круговорота в болотах и тундре, где не успевающие разложиться остатки растений накапливаются. Особое значение имеют круговороты биогенных химических элементов, прежде всего углерода. Растительные организмы извлекают из атмосферы до 300 млрд. т углекислого газа (или 100 млрд. т углерода) ежегодно. Растения частично поедаются животными, частично отмирают. Органическое вещество в результате дыхания организмов, разложения их остатков, процессов брожения и гниения превращается в углекислый газ или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, из которых в дальнейшем образуются угли, нефть, горючий газ. В активном круговороте углерода участвует очень небольшая его часть, значительное количество законсервировано в виде горючих ископаемых известняков и других горных пород. Осн. масса азота сосредоточена в атмосфере (3,8510№? т); в водах Мирового океана его содержится 2510№і т. В круговороте азота ведущая роль принадлежит микроорганизмам: азотофиксаторам, нитрификаторам и денитрификаторам. Ежегодно на суше в круговорот вовлекается ок. 4510? т азота, в водной среде в 4 раза меньше. Азотосодержащие соединения из отмерших остатков преобразуются нитрифицирующими микроорганизмами в оксиды азота, которые впоследствии разлагаются денитрифицирующими бактериями с выделением молекулярного азота. С живым веществом связаны также круговороты кислорода, фосфора, серы и многих других элементов. Последствия воздействия человека на круговорот веществ становятся всё значительнее. Они стали сравнимы с результатами геологических процессов: в биосфере возникают новые пути миграции веществ, появляются новые химические соединения, которых не было прежде, меняется круговорот воды.

8. Почвенная кислотность, ее происхождение, характеристика отдельных видов кислотности и мероприятия по ее регулированию

Реакция почвенной среды

Реакция почвы - физико-химическое свойство почвы, связанное с содержанием ионов Н⁺ и ОН^- в ее твердой и жидкой частях. Реакция почвы кислая, если в ней преобладают ионы Н⁺, и щелочная, если ионы ОН^- . Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на эффективность удобрений, на химические и биохимические процессы в почве. Для количественной оценки реакции почвы применяют различные показатели: рН суспензии почвы в воде или в растворе КС1, количество кислотных компонентов в вытяжке 1М ацетата натрия и т.д. атмосфера вулканизм минеральный магма

Концентрацию ионов водорода в растворе принято выражать условной величиной рН (отрицательный логарифм концентрации Н⁺ ионов).

Различают две формы кислотности почв: актуальную (активную) и потенциальную (скрытую) кислотность. Последняя подразделяется, в свою очередь, на обменную и гидролитическую.

Актуальная кислотность - это кислотность почвенного раствора, обусловленная повышенной концентрацией в нем ионов Н+, а также слабых минеральных (Н₂СОз), органических кислот и гидролитически кислых солей (А1С1з). Последние при гидролизе образуют слабое основание и сильную кислоту:

А1С1₃+ЗН₂0 = А1 (ОН) ₃+ЗНС1

ЗНС1 = 3Н⁺+ЗС1^-.

При нейтральной реакции концентрация ионов водорода и гидроксила одинакова - 10^-7 мг/л, то есть рН раствора равен 7. Актуальная кислотность непосредственно влияет на развитие растений и почвенных микроорганизмов.

Потенциальная (скрытая) кислотность обусловлена ионами Н⁺, Al³⁺ и Fe³⁺, поглощенными ППК с отрицательным зарядом. Часть поглощенных ионов водорода и алюминия может быть вытеснена в раствор катионами нейтральных солей (КС1):

(ППК)Н⁺+КС1=(ППК)К⁺+НС1,

в результате чего почвенный раствор подкисляется. Это - обменная потенциальная кислотность почвы, выражается рН в КС1. В почвах обменная кислотность, как правило, на порядок выше актуальной и включает ее.

Принято следующее деление минеральных и торфяно-болотных почв в зависимости от обменной кислотности.

Градация почв по степени кислотности (pH в KCl) и относительное содержание почв различной кислотности

№ п/п	Степень кислотности	минеральные почвы	торфяно-болотные почвы	Пашня, %	Улучшенные сенокосы и пастбища, %
1	сильнокислые	менее 4,5	менее 4,0	1,4	1,9
2	среднекислые	4,51-5,00	4,01-4,50	4,5	5,4
3	кислые	5,01-5,50	4,51-5,00	12,8	14,4
4	слабокислые	5,51-6,00	5,01-5,50	27,5	27,5
5	близкие к нейтральным и нейтральные	6,01-6,50	5,51-6,00	36,8	29,5
6	близкие к нейтральным и нейтральные	6,51-7,00	6,01-6,50	13,9	14,5
7	нейтральные и слабощелочные	более 7,00	более 6,50	3,1	6,8

Минеральные почвы с рН <4,5 - сильнокислые и с рН 4,51-5,00 - среднекислые, а также торфяно-болотные с рН менее 4,5 нуждаются в первоочередном известковании; почвы 3 группы - кислые, требуют известкования, при рН 5,51-6,0 - минимальная нуждаемость в известковании имеется лишь для суглинистых и глинистых почв.

При обработке почвы уксуснокислым натрием CH₃COONa или уксуснокислым кальцием (СНзСОО)₂Са все ионы, обуславливающие кислотность почвы, вытесняются в раствор:

(ППК)Н⁺ Н⁺+2СН₃СООNа = (ППК) Nа⁺ Nа⁺+2СН₃СООН.

Эта часть потенциальной кислотности получила название гидролитической. Кислотность, обнаруживаемая при обработке почвы раствором CH₃COONa, включает актуальную и потенциальную кислотность - как обменную, так и собственно гидролитическую (которая не обнаруживается при обработке КС1). Гидролитическая кислотность выражается в мгэкв на 100 г почвы или, по современной системе, смоль(+)/кг, что одно и то же.

Свойства почвы характеризуются также степенью насыщенности основаниями - количеством обменно поглощенных оснований, выраженным в процентах от емкости поглощения:

V = S*100/T, и Т = S+H

где V - степень насыщенности почвы основаниями, %;

S - сумма поглощенных оснований (кроме Н и Аl);

Т - поглотительная способность всех катионов, включая ионы водорода.

Степень насыщенности основаниями показывает, какая часть общей емкости приходится на поглощенные основания и на ионы водорода. Например, V= 80 % означает, что 80 % от общей емкости (Т) занимают основания и 20 % -- ионы водорода.

По современным понятиям наиболее точно степень насыщенности основаниями можно определить через сумму основных катионов (Сa, Mg, K), непосредственно определенных в нейтрально-солевых вытяжках, и величину емкости катионного обмена (ЕКО). Их соотношение в процентах будет представлять собой степень насыщенности почв основаниями.

Буферная способность почв

Почвенный раствор подкисляется в результате выделения углекислоты при дыхании корней, образовании НNО₃ при нитрификации и от продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Реакция почвы изменяется также от удобрений. Изменение реакции разных почв под действием этих факторов неодинаково. Способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора в кислую или щелочную сторону называется буферной способностью почвы. Буферность почвы в целом зависит от буферных свойств ее твердой и жидкой частей. Буферность раствора создается слабыми кислотами и их солями. Слабые кислоты диссоциируют не полностью, большая часть их находится в виде недиссоциированных молекул:

СН₃СООН=СН₃СОО^-+ Н⁺

Н₂СО₃=Н⁺+НСО₃-

Если к этому раствору прибавить NaOH, то произойдет связывание ионов Н⁺ с образованием воды и рН изменится мало. Иными словами, слабая кислота будет противодействовать подщелачиванию раствора.

Раствор слабой кислоты и ее соли будет буферным также и против подкисления:

СН₃СООNа + НС1 = СН₃СООН + NaCl.

Буферность почвенного раствора обусловливается также водорастворимыми органическими кислотами и их солями:

(RCOO)₂Ca+2HN0₃=2RCOOH+Ca(N0₃)₂,

2RCOOH+Ca(OH)₂= (RCOO)₂Ca+2H₂0.

Чем больше общая емкость поглощения и степень насыщенности почвы основаниями, тем сильнее почва противостоит подкислению:

(ППК) Mg + H₂S0₄ = (ППК)Н ⁺Н⁺ + MgS0₄.

Чем больше ионов водорода в почве, тем сильнее она будет противостоять подщелачиванию.

На почвах с низкой буферной способностью (песчаных, супесчаных, бедных гумусом) при внесении физиологически кислых удобрений возможны резкие сдвиги реакции в кислую сторону. На таких почвах вносят также меньшие дозы извести, чем на суглинистых, так как они слабо противостоят подщелачиванию. Это нужно учитывать при внесении минеральных удобрений и извести.

Плодородие почвы

Плодородие является неотъемлемым свойством почвы. От него зависит жизнь растений и животных. Под плодородием в современной научной литературе принято понимать способность почвы обеспечивать рост и воспроизводство растений всеми необходимыми им условиями.

Растения для своей жизни нуждаются в воде, элементах питания, свете, тепле, кислороде, углекислом газе. Все это (кроме света) в той или иной мере дает почва.

К. Маркс в «Капитале» различал три категории плодородия почвы: естественное (природное), искусственное (эффективное) и экономическое.

Естественное плодородие определяется свойствами природных почв, формирующихся в процессе их эволюции под влиянием природных факторов почвообразования. Естественным плодородием обладают целинные почвы.

Эффективное плодородие свойственно почвам сельскохозяйственного использования и проявляется в виде способности поддерживать некоторый уровень урожая культурных растений. Эффективное плодородие - та часть потенциального плодородия, которая реализовывается в виде урожая растений при данных погодных и агротехнических условиях.

Экономическое плодородие связано с разной оценкой конкретных земельных участков в зависимости от их расположения и удобства использования. Экономическое плодородие - экономическая оценка почвы в связи с ее потенциальным плодородием и экономическими характеристиками земельного участка.

Потенциальное плодородие - суммарное плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как естественными, так и измененными человеком.

Относительное плодородие - плодородие почвы по отношению к определенной группе или виду растений. Плодородная для одних культур почва может быть неплодородна для других.

Воспроизводство плодородия - совокупность природных почвенных процессов и целенаправленных антропогенных воздействий для поддержания эффективного плодородия почв на уровне, приближающемся к потенциальному плодородию.

Рост и продуктивность растений зависят от плодородия почвы, но и плодородие зависит от количества поступающего органического вещества и направленности биологического круговорота. В этой связи на Земле растительные и почвенные зоны находятся в естественной связи. В природных биогеоценозах устанавливается динамическое равновесие между почвой и растительностью, почве любого плодородия находится свой вид растительности, по отношению к которому она наиболее плодородна. Болотные или лесные растения не могут расти на черноземе, например.

Плодородие почвы формируется в процессе образования самой почвы и определяется всей совокупностью свойств почвы. При этом не следует забывать, что плодородие формируется в процессе образования самой почвы и формируется всей совокупностью свойств почвы, а не только верхним ее слоем, где находится большая часть гумуса, корней, питательных веществ.

Важнейшими свойствами почв, определяющими ряд соподчиненных свойств и, в конечном счете, плодородие, являются гранулометрический состав, структурность, водно-физические свойства, тепловые свойства, содержание органического вещества, поглотительная способность почв, биологическая активность почв.

Гранулометрический состав почвы определяет тепловой, воздушный, водный и пищевой режимы. Легкие почвы прогреваются раньше тяжелых, и их называют «теплыми почвами». Они имеют хорошую водо- и воздухопроницаемость. Благодаря высокой аэрации органическое вещество в таких почвах быстро минерализуется, а гумификация ослаблена. Из-за малой влагоемкости влага не накапливается, а элементы питания активно вымываются. Их поглотительная способность и буферность низка.

Тяжелые почвы более «холодные», слабопроницаемы, значительная часть их влаги недоступна растениям. При сезонном переувлажнении возможен дефицит воздуха и развивается оглеение.

Структурность определяет плотность почвы, ее физические свойства и связанные с ними тепловой, водный, воздушный и пищевой режим, что в конечном счете сказывается на величине урожая. В бесструктурной почве обычно наблюдается дефицит либо воды, либо воздуха. В структурных почв вода удерживается в капиллярах, а воздух - в межагрегатных пустотах, обеспечивая постоянный газообмен с атмосферой, удаляя углекислый газ. Структурность почв обеспечивает одновременное наличие в почве и аэробных, и анаэробных микроорганизмов. Для плодородия почвы очень важны размеры структурных агрегатов, при величине агрегатов менее 0,5 мм резко падает порозность аэрации, имеется явный недостаток кислорода. Уже при величине агрегатов 1-2 мм порозность аэрации увеличивается до оптимальных 30 %, а содержание нитратов, например, увеличивается в 4 раза.

...