Характеристика основных концепций развития естественнонаучных дисциплин

Еще большее число людей недоедают, т.е. испытывают недостаток в рационе питания необходимых питательных веществ (белков, жиров, витаминов, микроэлементов, солей). Эксперты Всемирной организации здравоохранения полагают, что 50% детской смертности (до 5 лет) в Латинской Америке связано с плолхим питанием. Прослеживается четкая связь между смертностью новорожденных и недостатком в рационе питания животных белков. Не лучше продовольственная обстановка в странах СНГ. Голода пока нет, но дефицит важнейших элементов в питании существует во многих районах бывшего СССР.



Рис. 7.4. Рост населения на планете за последние два столетия

Кислотные дожди. Одним из видов загрязнения атмосферы, не признающим государственных границ, являются оксиды серы и азота. Во многих страна (вначале в Скандинавии, а затем в США, Канаде, Северной Европе, Японии и др.) ученые обнаружили, что дождевая вода, казалось бы, самая чистая в природе, содержит большое количество кислоты. Из химии же известно, что при растворении в воде оксидов серы, азота и других образуются соответствующие кислоты. В то же время предотвращение последствий кислотных дождей - это непростая проблема. Поэтому эту проблему легче предотвратить, чем затем с ней бороться. Для этого на предприятиях, выбрасывающих в атмосферу ангидриды, необходимо улучшить системы очистки отходящих газов.

Исчерпаемость ресурсов - ресурсы, в первую очередь энергетические и биологические, исчерпаемы. Многие из них не восстанавливаются. Если потребление ресурсов будет продолжаться современными темпами, то их хватит очень ненадолго. Например, Россия находится на первом месте в мире по запасам черных и бурых углей. Но при современном потреблении их хватит не более чем на 300 лет. Нефти и газа нам хватит на 40-50 лет. Структура природных ресурсов приведена на рис. 7.5.



Рис. 7.5. Основные типы природных ресурсов

Проблема озонового экрана Суть ее состоит в том, что ряд физических и химических агентов способствуют убыли этого газа, составляющего экран на высотах 17-22 км над поверхностью Земли. Озон защищает планету от жестких ультрафиолетовых лучей. Механизм образования озона разработан Чемпеном (1930 г.) В соответствии с ним озон возникает при воздействии жесткой ультрафиолетовой солнечной радиации с длинами волн менее 290 нм на двухатомный кислород. При этом часть молекул последнего распадается на атомы, которые взаимодействия с О2, образуют озон.

О2 + h ( 290 нм) = Оо + Оо,

Оо + О2 = О3.

Молекула озона, взаимодействуя с квантом ультрафиолетового излучения, поглощает его, образуя двухатомный и атомарный кислород?

О3 + h = Оо + О2

Атомарный кислород вновь взаимодействует с двухатомным кислородом и возмещает озон. Но этот механизм в последнее время, возможно, находится под угрозой, так как начиная с 1985 года появляются данные, что в атмосфере есть пространства с заметно пониженным содержанием озона. Полагают, что основной причиной утончения озонового слоя, помимо различных физико-географических факторов, служит наличие в атмосфере значительных количеств галогеноуглеродов, которые использовались в производстве и быту в качестве хладагентов, пенообразователей, растворителей и т.д. Их выбросы в атмосферу в 1985 году превысили 1,4 млн.т. Галогеноуглероды под действием света активно разрушаются в верхних слоях атмосферы с образованием атомарного хлора:

CF2Cl2 + h = Cl + CF2Cl

Наличие атомарного хлора обуславливает возникновение каталитической реакции разрушения озона:

О3 + Cl = ClO + О2

Оо + ClO = Cl + О2

Уничтожение озона в цепных реакциях с участием ХФУ (фреонов) весьма опасно, так как длина цепей велика - одна молекула любого из них разрушает тысячи молекул озона, а в озоновой дыре над Антарктидой уровни ClO в 20-50 раз выше, чем в любом другом месте планеты.

Международное сообщество, обеспокоенное сложившимся положением, приняло в 1985 году Венскую конвенцию, по которой обязало к 1986 году в два раза производство фреонов, а к 2010 году - ликвидировать полностью.

Следует отметить, что не все специалисты разделяют тревогу по поводу проблемы озоновых дыр. Президент международного фонда «Экология человека» академик А.Капица утверждает, что фреоны не разрушали и не разрушают озоновый слой. В подтверждении приводится факт, что 80% выбросов фреонов происходит в Северном полушарии Земли, а основная озоновая дыра располагается над Антарктидой.

Изменение глобальных характеристик биосферы, в том числе глобальное загрязнение окружающей среды - Об этом мы и поговорим сегодня. Выделяют три вида антропогенных нагрузок на природу:

- эксплуатация ресурсов,

- механические нарушения - прямые отчуждения территории под свалки, хранилища, инженерные сооружения, техногенные катастрофы,

- загрязнение - привнесение дополнительного вещества или энергии. О видах загрязнения мы уже говорили в начале лекции, когда записывали план лекции.

Загрязнение - привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физико-химических и биологических веществ, агентов, оказывающих вредные воздействия на природные экосистемы и человека. Выделяют. Естественное загрязнение, возникшее в результате мощных природных процессов без какого-либо влияния человека. К естественным источникам загрязнения относятся вулканы, выбрасывающие сернистый ангидрид, фтор, тяжелые металлы; просачивание нефти из земной коры в гидросферу; продуцирование биотой определенного вида загрязнителей, например, на болотах продуцируется так называемый диоксин, действие которого может вызывать онкологические заболевания.

Антропогенное загрязнение - являющееся результатом деятельности человека, иногда по масштабам воздействия превосходящее естественное. К антропогенным источникам относятся: промышленные предприятия, выбрасывающие огромное число загрязнителей; транспорт, выбрасывающий свинец, оксиды азота и углерода; сельское хозяйство, загрязняющее в первую очередь воду ядохимикатами и удобрениями; техногенные аварии, выбрасывающие залпом огромные количества промышленных отходов, нефти и газа; население, сбрасывающее в свалки и водоемы бытовые отходы.

Различные типы загрязнения подразделяются на три основных: физическое, химическое, биологическое (см. рис. 7.6).



Рис. 7.6. Основные типы загрязнения окружающей среды

Физическое загрязнение связано с изменением физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды. Так тепловое воздействие проявляется в ухудшении режима земной поверхности (термокарст, солифлюкция, наледи и др) и условий жизни людей. Источниками теплового загрязнения в пределах городской территории служат: подземные газопроводы промышленных предприятий (140-160оС), теплотрассы (50-150оС), сбросные коллекторы и коммуникации (35-45оС), плохая термоизоляция домов и т.д. Сюда относятся воздействие шума и электромагнитное излучение, причем источником последнего служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио и телепередающих станций, а в последнее время текже микроволновые печи, компьютеры и радиотелефоны. Установлено, что при длительном воздействии электромагнитных полей у здоровых людей повышается утомляемость, головные боли, чувство апатии и др.

Тепловое загрязнение. К тепловому загрязнению относится микроклимат города - в нем всегда теплее чем за городом. Это приводит к нарушению биологических циклов, повышенной влажности, тянет к себе жителей лесов и полей. А так ли это хорошо. Вот пример с дикими утками, которые плавают возле моста по Белинского. Но они же не выведут потомства, а в конце концов их просто уничтожат жадные голодные жители. А нашествие мышей? А бешенные лисы? Я уж не говорю о том, что в этих условиях вирусы живут гораздо дольше. В литературе приводится пример города, построенного на вечной мерзлоте. Мерзлота тает. Город начинает разрушаться. Но тает не только под городом, но и рядом. А оттаявшая мерзлота - это каша, на которой ничего не растет, т.е. идет опустынивание. В данном случае приводится пример с городом Норильском.

Кроме этого сброс теплых вод вызывает понижение концентрации кислорода и углекислоты. Это изменяет структуру экосистем, что может вызвать исчезновение многих видов рыб, растений и животных.

Но тепловое загрязнение может привести к глобальному потеплению. А это таяние льдов и повышение уровня мирового океана. Но этот процесс идет не только за счет теплового загрязнения, но и за счет, так называемого парникового эффекта. Есть и другое направление движения нашей средней температуры. В сторону похолодания. А происходит это за счет того, что идет помутнение нашей атмосферы, лучи солнца хуже проникают на Землю. А это ведет к похолоданию. То есть срабатывает принцип Ле-Шателье. Всякая система борется с внешним воздействием в сторону его уменьшения.

Химическое загрязнение - увеличение количества химических компонентов определенной среды, а также проникновение в нее химических веществ, не свойственных ей или в концентрациях превышающих норму. По расчетам специалистов, в настоящее время в природной среде содержится от 7 до 8,6 млн. химических веществ, причем их арсенал ежегодно пополняется еще 250 тыс. новых соединений. По оценке Всемирной организации здравоохранения, в мире около 600 млн. человек подвержены воздействию атмосферы с повышенной концентрацией диоксида серы и более 1 млрд. - с вредной для здоровья концентрацией взвешенных веществ.

Действующий фактор - химическое взаимодействие веществ с живыми организмами. Выбрасываемые при производстве химические вещества называются полютантами. Их так же могут называть загрязнителями и загрязняющими веществами. Так же применимо выражение токсикант - вещество, оказывающее токсичное действие. Источники загрязнения делятся на антропогенные и естественные.

Основные виды загрязняющих химических веществ:

- газообразные: углекислый газ, угарный газ, органические соединения (бензопирены, формальдегиды и т.д.), сернистый ангидрид, сероводород, оксиды азота (например, веселящий газ), аммиак и другие;

- твердые: тяжелые металлы, кальций, органические соединения (пестициды, хлор и фторорганические и др.), классические яды (например, цианиды, которые используются не только для отравления людей, но и при добыче золота);

- жидкие: к ним относятся все перечисленные мною вещества в растворенной форме, а также нефть, фенолы диоксины.

К химическому относится также и радиоактивное загрязнение. Его специфика заключается в том, что очень низкие концентрации химических веществ оказывают сильное биологическое действие из-за излучения. Различают естественные радионуклиды (например углерод 14, калий 40 и др.) и искусственные (стронций 90, цезий 137, иод 131, плутоний 239 и др.), а также альфа, бетта и гамма излучатели.

Источники радиоактивного загрязнения: продукты испытаний ядерного оружия, выбросы радиоактивных веществ во время аварий (Чернобыль, ВУРС и т.д.), плановые и аварийные выбросы предприятий атомной энергетики, выбросы в атмосферу и водные объекты радиоактивных веществ с предприятий атомной промышленности во время нормальной эксплуатации, привнесенная радиоактивность - завезенная к нам с урановыми концентратами и радиоактивными отходами. По поводу добычи и производства радиоактивных веществ я могу прочитать не одну лекцию, потому что бывал на этих предприятиях, в этих урановых городах, и участвовал в испытаниях различных методов добычи урана. Если у кого-то есть вопросы, то задавайте их в конце лекции.

Остановимся еще на основных механизмах действия излучения:

- прямое поражение клетки - разрыв ее мембраны, гибель клетки - лучевая болезнь;

- встраивание в ДНК, повреждение ее и последующая мутация - образование раковых опухолей; появление мутантов грибов, животных и т.д.

- образование свободных радикалов химически активных соединений, которые вызывают повреждение клеток.

Различные группы организмов по различному реагируют на радиоактивность: наиболее устойчивы бактерии, менее - членистоногие, далее идут птицы; самые чувствительные - млекопитающие, в том числе человек. Биологическое загрязнение - случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства чуждых им растений, животных и микроорганизмов; часто оказывает негативное влияние при массовом размножении пришлых видов. Особенно загрязняют среду предприятия, производящие антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, кормовой белок и др., т.е. предприятия промышленного биосинтеза, в выбросах которых присутствуют живые клетки микроорганизмов. К биологическому загрязнению можно отнести преднамеренную и случайную интродукцию, чрезмерную экспансию живых организмов. Так, в городах наличие свалок, несвоевременная уборка бытовых отходов приводит к численному росту синантропных животных: крыс, насекомых, голубей, ворон и др.

8. Геологический уровень организации материи.

Понятие о литосфере.

Внутреннее строение Земли. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра. Литосфера (от греч. lithos -- камень и sphaire -- шар) -- это верхняя твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Литосфера составляет в среднем от 70 до 250 км (рис. 8.1).



Рис. 8.1. Внутреннее строение Земли

Земная кора -- верхняя часть литосферы -- не везде имеет одинаковую толщину. Различают два основных типа земной коры: материковый и: океанический (рис. 8.2).

Под океанами нижняя граница земной коры уходит на глубину 5-10 км, под равнинами -- на 35-45 км, а под горными массивами -- до 70 км.

Слои земной коры состоят из горных пород и минералов.

Рис. 8.2

Минерал -- природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов в глубинах и на поверхности литосферы. Это составная часть горных пород (Земли и некоторых других планет), руд и метеоритов.

Горная порода -- природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре.

По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические, метаморфические и осадочные. Магматические и метаморфические горные породы слагают 90% объема земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных, которые занимают 75% земной поверхности.

Магматические горные породы образуются в результате застывания магмы, поднимающейся из сильно разогретых глубин Земли. В случае, когда магма медленно остывает на большой глубине, образуются интрузивные (или глубинные) горные породы, имеющие кристаллическую структуру (гранит, селенит, дунит). При быстром остывании магмы, излившейся на поверхность, образуются эффузивные (или излившиеся) горные породы (базальт, андезит).

Осадочные горные породы, в отличие от магматических, образуются только на поверхности Земли и формируются под воздействием внешних сил. По происхождению выделяют неорганические (обломочные и хемогенные) и органические осадочные породы.

Обломочные горные породы образовались в результате выветривания, переотложения водой, льдом или ветром продуктов разрушения ранее возникших горных пород. К ним относятся песок, глина, валунный суглинок. Хемогенные торные породы формируются в результате осаждения из воды морей и озер растворенных в ней веществ. Пример такой породы -- каменная соль.

Органические породы образуются в результате накопления останков животных и растений, как правило, на дне океанов, морей и озер. Такой породой является известняк (в частности, его разновидность -- ракушечник), мел, а также горючие полезные ископаемые.

Как осадочные, так и магматические горные породы при погружении на большие глубины под влиянием повышенного давления и высоких температур подвергаются значительным изменениям -- метаморфизму, превращаясь в метаморфические горные породы. Так, например, известняк преобразуется в мрамор, песчаник -- в кварцит, гранит -- в гнейс.

Мантия Земли. Под земной корой, ближе к центру Земли, располагается слой толщиной почти 3000 км, называемый мантией (см. рис. 7.5). Внутри мантии, на глубине 100-250 км под континентами и 50-100 км под океанами, находится слой повышенной пластичности вещества, так называемая астеносфера. Ученые предполагают, что мантия со стоит из магния, железа и кремния и имеет очень высокую температуру - до 2000 °С.

Установлено, что температура горных пород с глубиной возрастает: в среднем на 1 °С на каждые 33 м в глубь Земли. Увеличение температуры происходит главным образом за счет распада радиоактивных элементов, входящих в состав земного ядра.

Ядро Земли -- пока загадка для науки. С определенной достоверностью можно говорить лишь о его радиусе -- 3500 км и температуре -- около 4000 °С.

Многие ученые считают не случайным тот факт, что площадь поверхности ядра -- 148,7 млн км2 -- как бы уравновешивается площадью поверхности суши Земли -- 149 млн км2, создавая баланс ее внутренних и внешних сил.

Геологическое летосчисление.

Геологические процессы длятся достаточно долго. Чтобы реально представлять масштабы времени, требующиеся для изменения лика Земли, нужно знать историю Земли с момента ее возникновения как планеты, то есть за 5 млрд лет.

Выделение различных этапов и периодов в жизни Земли основано на последовательности накопления осадочных горных пород. Если их залегание не нарушено, то каждый верхний слой моложе нижнего. Ученые разделили отложения на пять групп. Время, в течение которого накапливалась каждая группа пород, названо эрой. Название эры отражает относительное время: архейская (древнейшая), протерозойская (ранняя), палеозойская (древняя), мезозойская (средняя) и кайнозойская (новая). Последние три эры разделены на периоды, поскольку в отложениях этих времен остатки животных и растений сохранились лучше и в большем количестве. В каждой эре происходили события, оказавшие воздействие на современный рельеф. Это особые эпохи активизации горообразовательных процессов -- складчатости.

Представленную международную геохронологическую шкалу следует читать снизу вверх (табл. 8.1).

Таблица 8.1. Геохронологическая шкала

Эры (продолжительность в млн. лет)	Периоды (продолжительность в млн. лет)	Главнейшие события истории Земли	Характерные полезные ископаемые, образовавшиеся в данное время
Кайнозойская -- 70 млн лет	Четвертичный -- 2 млн. лет (Q)	Общее поднятие суши. Неоднократные покровные оледенения, особенно в Северном полушарии. Появление человека	Торф, россыпные месторождения золота, алмазов, драгоценных камней
	Неогеновый -- 25 млн. лет (N)	Возникновение молодых гор в областях альпийской складчатости. Омоложение гор в областях всех древних складчатостей. Господство цветковых растений	Бурые угли, нефть, янтарь
	Палеогеновый -- 41 млн. лет (Р)	Разрушение гор мезозойской складчатости. Широкое развитие цветковых растений, птиц, млекопитающих	Фосфориты, бурые угли, бокситы
Мезозойская -- 165 млн. лет	Меловой -- 70 млн. лет (К)	Возникновение молодых гор в областях мезозойской складчатости. Вымирание гигантских пресмыкающихся (динозавров). Развитие птиц и млекопитающих	Нефть, горючие сланцы, мел, уголь, фосфориты
	Юрский -- 50 млн. лет (J)	Образование современных океанов. Жаркий и влажный климат на большей части суши. Расцвет гигантских Пресмыкающихся (динозавров). Господство голосеменных растений	Каменные угли, нефть, фосфориты
	Триасовый -- 40 млн. лет (Т)	Наибольшее за всю историю Земли отступание моря и поднятие суши. Разрушение гор каледонской и герцинской складчатостей. Обширные пустыни. Первые млекопитающие	Каменные соли
Палеозойская -- 330 млн лет	Пермский -- 5 млн. лет (Р)	Возникновение молодых складчатых гор в областях; герцинской складчатости. Сухой климат на большей части суши. Появление голосеменных растений	Каменные и калийные соли, гипсы
	Каменноугольный -- 65 млн. лет (С)	Жаркий и влажный климат на большей части суши. Широкое распространение болотистых низменностей в прибрежных районах. Леса из древовидных папоротников. Первые пресмыкающиеся, расцвет земноводных	Каменный уголь, нефть
	Девонский -- 55 млн. лет (Р)	Жаркий климат на большей части суши. Первые пустыни. Появление земноводных. Многочисленные рыбы	Соли, нефть
	Силурийский -- 35 млн. лет (S)	Возникновение молодых складчатых гор в областях каледонской складчатости. Первые наземные растения (плауны и папоротники)
	Ордовикский -- 60 млн. лет (О)	Уменьшение площади морских бассейнов. Появление первых наземных беспозвоночных
	Кембрийский -- 70 млн. лет	Возникновение молодых гор в областях байкальской складчатости. Затопление обширных пространств морями. Расцвет морских беспозвоночных животных	Каменная соль, гипс, фосфориты
Протерозойская -- 600 млн. лет		Начало байкальской складчатости. Мощный вулканизм. Развитие бактерий и сине-зеленых водорослей	Железные руды, слюда, графит
Архейская -- 900 млн. лет		Формирование материковой земной коры. Напряженная вулканическая деятельность. Время примитивных одноклеточных бактерий	Руды

Рельефообразующие процессы.

Рельеф -- это совокупность неровностей земной поверхности разного масштаба, называемых формами рельефа.

Рельеф формируется в результате воздействия на литосферу внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) процессов.

Согласно современным представлениям, литосфера состоит из жестких подвижных плит, перемещающихся по пластичной мантии. Границы между плитами могут быть трех типов: океанические хребты (вдоль которых на поверхность поднимается вещество мантии и формируется новое морское дно), желоба (вдоль которых краевые части плит разрушаются, опускаясь в мантию) и трансформные разломы (образующиеся в результате скольжения одной плиты вдоль другой). Так, граница между Африканской и Американской плитами проходит по океаническому хребту, между Антарктической и Американской плитами -- по жалобу, а между Тихоокеанской и Американской плитами -- по трансформным разломам. Во второй половине XX в., развернулись обширные исследования дна Мирового океана, в результате которых появились совершенно новые представления о развитии океанов и материков, основанные на взглядах немецкого ученого, первой половины XX в. А. Вегенера.

В основу новой теории литосферных плит положено представление, что вся литосфера разделена узкими активными зонами -- глубинными разломами -- на отдельные жесткие плиты, плавающие в пластичном слое верхней мантии.

Внутренние (эндогенные) процессы. Внутренние геологические процессы обусловливают различные тектонические движения, то есть вертикальные и горизонтальные перемещения отдельных участков земной коры. С ними связано образование наиболее значительных неровностей земной поверхности, ее непрерывное изменение. Источником внутренних процессов является тепло, образующееся при радиоактивном распаде элементов, входящих в состав ядра Земли.

Движение плит приводит к изменениям конфигурации материков и океанов и их положения на поверхности Земли. Предполагается, что 500-200 млн лет назад все материки были объединены в один, так называемую Пангею (в переводе с греческого «вся Земля»). В последующие 70 млн лет Пангея раскололась на два материка: Лавразию, включавшую Северную Америку и Евразию (без Индийского и Аравийского субконтинентов) и Гондвану (вся остальная суша). Последующее передвижение плит привело к сближению Северной и Южной Америки, разделению Австралии и Антарктиды, перемещению Аравийского и Индийского субконтинентов к Евразии, причем в зоне столкновения Евразии с последним возникли самые высокие горы на планете (Гималаи). В настоящее время существует шесть материков: Евразия (53,4 млн км2), Африка (30,3 млн км2), Северная Америка (24,2 млн км2), Южная Америка (18,2 млн км2), Австралия (7,7 млн км2) и Антарктида (14 млн км2).

По преобладающему направлению выделяют два типа тектонических движений: вертикальные и горизонтальные. Оба типа движений могут проходить как самостоятельно, так и во взаимосвязи друг с другом. Часто один тип движения порождает другой. Проявляются они не только в перемещении крупных блоков земной коры в вертикальном или горизонтальном направлениях, но и в образовании складчатых и разрывных нарушений разного масштаба.

Складки -- волнообразные изгибы пластов земной коры, созданные совместным действием вертикальных и горизонтальных движений в земной коре. Складка, пласты которой выгнуты кверху, называется антиклинальной складкой, или антиклиналью. Складка, пласты которой прогнуты книзу, называется синклинальной складкой, или синклиналью. Синклинали и антиклинали -- две основные формы складок. Небольшие и относительно простые по строению складки выражаются в рельефе невысокими компактными хребтами (например, Сунженский хребет северного склона Большого Кавказа).

Более крупные и сложные по строению складчатые структуры представлены в рельефе крупными горными хребтами и разделяющими их понижениями (Главный и Боковой хребты Большого Кавказа). Еще более крупные складчатые сооружения, состоящие из множества антиклиналей и синклиналей, образуют мегаформы рельефа типа горной страны, например горы Кавказа, Урала и т. д. Эти горы называют складчатыми.

Разрывные нарушения (разломы) -- это различные нарушения сплошности горных пород, часто сопровождающиеся перемещением разорванных частей относительно друг друга. Простейшим видом разрывов являются единичные более или менее глубокие трещины. Наиболее крупные разрывные нарушения, распространяющиеся на значительную длину и ширину, называют глубинными разломами.

В зависимости от того, как перемещались разорванные блоки в вертикальном направлении, выделяют сбросы и надвиги (рис. 8.3).



Рис. 8.3. а -- сброс; б -- надвиг

Совокупности сбросов и надвигов составляют горсты и грабены (рис. 8.4).

Рис. 8.4

В зависимости от размеров они образуют отдельные горные хребты (например, столовые горы в Европе) или горные системы и страны (например, Алтай, Тянь-Шань).

В этих горах наряду с грабенами и горстами встречаются и складчатое массивы, поэтому их следует относить к складчато-глыбовым горам.

В случае, когда перемещение блоков горных пород было не только в вертикальном направлении, но и в горизонтальном, образуются сдвиги.

В зонах раздвижения литосферных плит -- зонах срединно-океанических хребтов - рождается новая океаническая земная кора. В зонах столкновения литосферных плит -- зонах островных дуг и сопряженных с ними глубоководных желобов -- происходит «подныривание» одной плиты (чаще с океанической земной корой) под другую (чаще с материковым или переходным типом земной коры). В результате такого «подныривания» край плиты прогибается и образуется глубоководный желоб. Ярким примером таких дуг являются Курильские и Японские острова, рядом с которыми располагаются соответствующие глубоководные желоба.

Границы литосферных плит как в местах их разрыва, так и в местах столкновения -- это подвижные участки земной коры, на которых находится большинство действующих вулканов, где часты землетрясения. Эти участки, являющиеся областями новой складчатости, образуют сейсмические пояса Земли.

Чем дальше от границ подвижных участков к центру плиты, тем более устойчивыми становятся участки земной коры. Москва, например, находится в центре Евразийской плиты, и ее территория считается вполне устойчивой.

Вулканизм -- совокупность процессов и явлений, вызванных внедрением магмы в земную кору и излиянием ее на поверхность.

Из глубинных магматических очагов извергаются на землю лава, горячие газы, пары воды и обломки горных пород.

В зависимости от условий и путей проникновения магмы на поверхность различают три типа вулканических извержений.

Площадные извержения привели к образованию обширных лавовых плато. Наиболее крупные из них -- это плато Декан на полуострове Индостан и Колумбийское плато.

Трещинные извержения происходят по трещинам иногда большой протяженности. В настоящее время вулканизм этого типа проявляется в Исландии и на дне океанов в районе срединных океанических хребтов.

Извержения центрального типа связаны с определенными участками, как правило, на пересечении двух разломов, и происходят по сравнительно узкому каналу, который называется жерлом. Это наиболее распространенный тип. Вулканы, образующиеся при таких извержениях, называются слоистыми, или стратовулканами. Они имеют вид конусообразной горы, на вершине которой находится чашеобразное углубление -- кратер.

Примеры таких вулканов: Килиманджаро в Африке, Ключевская сопка, Фудзияма, Этна, Гекла в Евразии.

Тихоокеанское «огненное кольцо». Около двух третей вулканов Земли сосредоточено на островах и берегах Тихого океана. Самые мощные извержения вулканов и землетрясения имели место именно в этом регионе: Сан-Франциско (1906), Токио (1923), Чили (1960), Мехико (1985).

Остров Сахалин, полуостров Камчатка и Курильские острова, находящиеся на самом востоке нашей страны, -- звенья этого кольца.

Всего на Камчатке насчитывается 130 потухших вулканов и 36 действующих. Самый большой вулкан -- Ключевская сопка. На Курильских островах 39 вулканов. Для этих мест характерны разрушительные землетрясения, а для окружающих морей -- моретрясения, тайфуны, вулканы и цунами.

Цунами в переводе с японского -- «волна в бухте». Это волны гигантских размеров, порожденные извержениями подводных вулканов, землетрясением или моретрясением. В открытом океане они почти незаметны для судов. Но когда путь цунами преграждает материк и острова, волна обрушивается на сушу с высоты, достигающей 20 метров.

Горячие источники и гейзеры тоже связаны с вулканизмом. На Камчатке в знаменитой Долине гейзеров действует 22 крупных гейзера.

Землетрясения также являются проявлением эндогенных земных процессов и представляют собой внезапные подземные удары, сотрясения и смещения пластов и блоков земной коры.

На сейсмических станциях ученые исследуют эти грозные явления природы, пользуясь специальными приборами, ищут способы их предсказания. Один из таких приборов - сейсмограф -- был изобретен в начале XX в. русским ученым Б. В. Голицыным. Название прибора произошло от греческих слов seismos -- «колебание», graphs -- «пищу». Оно отражает его назначение -- записывать колебания Земли.

Землетрясения могут быть разной силы. Ученые договорились определять эту силу по международной 12-балльной шкале Меркалли и 9-балльной шкале Рихтера с учетом воздействия землетрясения на человека и степени повреждения зданий и изменений рельефа Земли (табл. 8.2).

Таблица 8.2. Описание разрушений во время землетрясения и их соответствие баллам по шкалам Меркалли и Рихтера

Описание разрушений во время землетрясения и воздействие его на человека	Шкала Меркалли	Шкала Рихтера
Не ощущается людьми	1	-
Ощущается людьми на верхних этажах здания	2	2
Ощущается в зданиях: подвешенные предметы раскачиваются	3	2,5-3
Двигаются двери и окна, позванивают стекла	4	3,5
Ощущается снаружи, появляется рябь на поверхности жидкости	5	4-4,5
Идущие люди ощущают потерю равновесия; разбиваются стекла, растрескивается штукатурка	6	5
Человеку трудно устоять на ногах; ломается мебель, начинают разрушаться низкокачественные строения	7	5,5-6
Частичное разрушение строений, падение труб, карнизов, памятников и т. д.; появление трещин в земле	8	6-6,5
Серьезные разрушения строений, разрыв трубопроводов под землей, значительные трещины в земле	9	7
Разрушение большей части строений, большие оползни, колеи незначительно отклоняются	10	7,5-8
Колеи сильно отклоняются, здания практически разрушены, подземные трубопроводы полностью выходят из строя	11	8-8,5
Почти полное разрушение строений, движение больших масс скальных пород	12	9

Землетрясения сопровождаются подземными толчками, следующими один за другим. Место, где в недрах земной коры происходит толчок, носит название гипоцентра. Место на земной поверхности, расположенное над гипоцентром, называется эпицентром землетрясения.

Землетрясения вызывают образование трещин на земной поверхности, смещение, опускание или поднятие отдельных блоков, оползни; наносят ущерб хозяйству и приводят к гибели людей.

Внешние (экзогенные) процессы. На земную поверхность постоянно воздействуют и различные внешние силы. К ним относятся выветривание, действие ветра и перемещающая деятельность текучей воды.

Выветривание -- это совокупность естественных процессов, приводящих к разрушению горных пород. Различают выветривание физическое, являющееся результатом неодинакового расширения и сжатия частиц породы при суточных и сезонных изменениях температуры, и химическое -- под действием химических соединений (кислорода, солей, кислот, щелочей), содержащихся в природной среде (воде, почве, воздухе). Активное участие в выветривании принимают живые организмы, прежде всего растения с их развитой корневой системой.

Разрушенные и размельченные горные породы подвергаются сносу (денудации) и откладываются (аккумулируются) в понижениях рельефа, приводя к его выравниванию.

Действие текучей воды проявляется на земном шаре повсеместно: она приводит к общему понижению поверхности за счет смыва почвы и разрыхленных пород и образует так называемые эрозионные формы рельефа (овраги, речные долины, балки). В других местах: выносимый материал откладывается, образуя новые аккумулятивные формы рельефа (конусы выноса рек и ручьев).

Действие ветра выражается в перемещении рыхлых отложений и образовании специфических непрочных форм рельефа в тех местностях, где преобладают несвязанные рыхлые породы, то есть в каменистых или песчаных пустынях, на песчаных побережьях океанов и морей. К эоловым формам рельефа относятся барханы, дюны, причудливые выветренные скалы, сложенные непрочными горными породами.

Внутренние и внешние процессы находятся в постоянном взаимодействии, в результате чего и формируется рельеф земной поверхности.

Основные формы рельефа Земли.

Материки и океаны -- основные формы рельефа Земли. Их образование обусловлено тектоническими, космическими и планетарными процессами.

Материк -- это крупнейший массив земной коры, который имеет трехслойное строение. Большая часть его поверхности выступает нал уровнем Мирового океана. В современную геологическую эпоху существует 6 материков: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Австралия, Антарктида.

Мировой океан -- непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и обладающая общностью солевого состава. Мировой океан делится материками на 4 океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый.

Поверхность Земли составляет 510 млн. км2. На долю сущи приходится всего 29% площади Земли. Все остальное -- Мировой океан, то есть 71% .

Горы и равнины, так же как материки и океаны, являются основными формами рельефа Земли. Горы образуются в результате тектонических поднятий, а равнины -- в результате разрушения гор.

Равнины -- обширные участки с относительно ровной поверхностью. Они различаются но высоте. Примером низменности (от 0 до 200 м над уровнем моря) может служить Амазонская низменность -- самая большая на Земле, а также Индо-Гангская низменность. Бывает, что низменности располагаются ниже уровня моря, -- это впадины. Прикаспийская низменность расположена на 28 м ниже уровня моря. Примером собственно равнины может служить крупнейшая Восточно-Европейская равнина.

На высотах 200-500 м над уровнем моря располагаются возвышенности. Например, Среднерусская, Приволжская, а выше 500 м -- плоскогорья и нагорья. Крупнейшими из них являются Среднесибирское, Бразильское, Декан, Гвианское, Восточно-Африканское, Большой; Бассейн, Аравийское.

Горы -- участки земной поверхности, значительно приподнятые над уровнем моря на высоту более 500 м и сильно расчлененные. Горы считаются низкими, если их высота -- от 500 до 1000 м; средними -- от. 1000 до 2000 м и высокими -- свыше 2000 м. Самая высокая горная вершина на Земле -- гора Джомолунгма (Эверест) в Гималаях имеет высоту 8848 м. Определить высоту гор можно по физической карте, пользуясь шкалой высот. Размеры форм рельефа отражают особенности их происхождения. Так, наиболее крупные формы рельефа -- тектонические -- образовались в результате преобладающего влияния внутренних сил Земли. Формы средних и мелких масштабов образовались при преимущественном участии внешних сил (эрозионные формы). Горы различаются не только по высоте, но и по форме (табл. 7.3). Группа гор, вытянутых цепочкой, носит название горный хребет. Такую форму имеют, например, горы Кавказа.

Выделяют горные пояса, например Алъпийско-Гималайский, и горные страны, например Памир.

Горы и равнины расположены как на материках, так и в океанах.

Таблица 8.3. Классификация форм рельефа по их размерам

Размеры	Фор/мы рельефа
	Крупнейшие (мегарельеф)	Крупные (макрорельеф)	Средние (мезорельеф)	Мелкие (микрорельеф)
Горизонтальные	Десятки и сотни тысяч квадратных километров	Сотни и тысячи квадратных километров	Сотни и тысячи квадратных километров	Метры и сотни квадратных метров
Вертикальные	Сотни и тысячи метров	Сотни и тысячи метров	Метры и десятки метров	Метры, реже десятки метров
Примеры форм	Нагорья, горные страны, обширные возвышенности и низменности	Горные хребты, отдельные горы, большие речные долины, межгорные впадины	Холмы, овраги, балки, барханные цепи	Бугры, курганы, промоины, рытвины

Минеральные ресурсы литосферы.

Люди еще в древности научились применять для своих нужд некоторые из этих ресурсов, что нашло свое выражение в названиях исторических периодов развития человечества: «каменный век», «бронзовый век», «железный век». В наши дни используются более 200 различных видов минеральных ресурсов. По образному выражению академика А. Е. Ферсмана (1883-1945), ныне к ногам человечества сложена вся периодическая система Менделеева.

Полезные ископаемые -- это минеральные образования земной коры, которые могут эффективно использоваться в хозяйстве, скопления полезных ископаемых образуют месторождения, а при больших площадях распространения -- бассейны.

Распространение полезных ископаемых в земной коре подчиняется геологическим (тектоническим) закономерностям (табл. 8.4).

Топливные полезные ископаемые имеют осадочное происхождение и обычно сопутствуют чехлу древних платформ и их внутренним и краевым прогибам. Так что название «бассейн» отражает их происхождение довольно точно -- «морской бассейн».

На земном шаре известно более 3,6 тыс. угольных бассейнов и месторождений, которые в совокупности занимают 15% территории земной суши. Основная часть ресурсов угля приходится на Азию, Северную Америку и Европу и сконцентрирована в десяти крупнейших бассейнах Китая, США, России, Индии, Германии.

Нефтегазоносных бассейнов разведано более 600, разрабатывается 450. Общее число нефтяных месторождений достигает 35 тыс. Основные запасы находятся в Северном полушарии и являются отложениями мезозоя. Главная часть этих запасов также сконцентрирована в небольшом числе крупнейших бассейнов Саудовской Аравии, США, России, Ирана.

Рудные полезные ископаемые обычно приурочены к фундаментам (щитам) древних платформ, а также к складчатым областям. В таких областях они нередко образуют огромные по протяженности рудные (металлогенические) пояса, связанные своим происхождением с глубинными разломами в земной коре. Ресурсы геотермальной энергии особенно велики в странах и районах с повышенной сейсмической и вулканической активностью (Исландия, Италия, Новая Зеландия, Филиппины, Мексика, Камчатка и Северный Кавказ в России, Калифорния в США).

Для хозяйственного освоения наиболее выгодны территориальные сочетания (скопления) полезных ископаемых, которые облегчают комплексную переработку сырья.

Добыча минеральных ресурсов закрытым (шахтным) способом в мировых масштабах ведется в зарубежной Европе, Европейской части России, США, где многие месторождения и бассейны, находящиеся в верхних слоях земной коры, уже сильно выработаны.

Если полезные ископаемые залегают на глубине 20-30 м, выгоднее снять бульдозером верхний слой горной породы и вести добычу открытым способом. Открытым способом добывают, например, железную руду в районе Курска, уголь на некоторых месторождениях Сибири.

По запасам и добыче многих минеральных богатств Россия занимает одно из первых мест в мире (газ, уголь, нефть, железная руда, алмазы).

В табл. 8.4 показана зависимость между строением земной коры, рельефом и размещением полезных ископаемых.

Таблица 8.4. Залежи полезных ископаемых в зависимости от строения и возврата участка земной коры и форм рельефа

Формы рельефа	Строение и возраст участка земной коры	Характерные полезные ископаемые	Примеры
Равнины	Щиты архейско-протерозойских платформ	Обильные месторождения железных руд	Украинский щит, Балтийский щит Русской платформы
	Плиты древних платформ, чехол которых сформировался в палеозойское и мезозойское время	Нефть, газ, каменный уголь, строительные материалы	Западно-Сибирская низменность, Русская равнина
Горы	Молодые складчатые горы альпийского возраста	Полиметаллические руды, строительные материалы	Кавказ, Альпы
	Разрушенные складчато-глыбовые горы мезозойской, герцинской и каледонской складчатостей	Самые богатые полезными ископаемыми структуры: руды черных (железо, марганец) и цветных (хром, медь, никель, уран, ртуть) металлов, россыпи золота, платины, алмазов	Казахский мелко-сопочник
	Омоложенные горы мезозойской и палеозойской складча-тостей	Руды черных и цветных металлов, коренные и россыпные месторождения золота, платины и алмазов	Урал, Аппалачи, горы Центральной Европы
Материковая отмель (шельф)	Краевые прогибы	Нефть, газ	Мексиканский залив
	Затопленная часть плит, платформ	Нефть, газ	Персидский залив
Дно океана	Абиссальные равнины	Железо-марганцевые конкреции	Дно Северного моря

Гидросфера.

Гидросфера (от греч. hydro -- вода и sphaira -- шар) -- водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность океанов, морей и континентальных водных бассейнов -- рек, озер, болот и др., подземных вод, ледников и снежных покровов.

Полагают, что водная оболочка Земли образовалась в раннем архее, то есть примерно 3800 млн лет назад. В этот период истории Земли на нашей планете установилась температура, при которой вода могла находиться в значительной мере в жидком агрегатном состоянии.

Вода как вещество обладает уникальными свойствами, к числу которых относятся следующие:

¦ способность к растворению очень многих веществ;

¦ высокая теплоемкость;

¦ нахождение в жидком состоянии в интервале температур от 0 до 100 °С;

¦ большая легкость воды в твердом состоянии (льда), нежели в жидком.

Уникальные свойства воды позволили ей играть важную роль в эволюционных процессах, происходящих в поверхностных слоях земной коры, в круговороте вещества в природе и являться условием возникновения и развития жизни на Земле. Вода начинает выполнять свои геологические и биологические функции в истории Земли после возникновения гидросферы.

Гидросферу составляют поверхностные воды и подземные воды. Поверхностные воды гидросферы покрывают 70,8% земной поверхности. Их суммарный объем достигает 1370,3 млн км3, что составляет 1/800 общего объема планеты, а масса оценивается в 1,4 х 1018 т. К числу поверхностных вод, то есть вод, покрывающих сушу, относят Мировой океан, континентальные водные бассейны и материковые льды. Мировой океан включает в себя все моря и океаны Земли.

Моря и океаны покрывают 3/4 поверхности суши, или 361,1 млн км2. В Мировом океане сосредоточена основная масса поверхностных вод -- 98%. Мировой океан условно разделен на четыре океана: Атлантический, Тихий, Индийский и Северный Ледовитый. Полагают, что современный уровень океана установился около 7000 лет назад. По данным геологических исследований, колебания уровня океана за последние 200 млн лет не превышали 100 м.

Вода в Мировом океане соленая. Среднее содержание солей составляет около 3,5% по массе, или 35 г/л. Их качественный состав следующий: из катионов преобладают Na+, Mg2+, K+, Ca2+, из анионов -- Сl-, SO42-, Вг-, С0з2-, F-. Считается, что солевой состав Мирового океана остается постоянным с палеозойской эры времени начала развития жизни на суше, то есть примерно в течение 400 млн лет.

Континентальные водные бассейны представляют собой реки, озера, болота, водохранилища. Их воды составляют 0,35% от общей массы поверхностных вод гидросферы. Некоторые континентальные водоемы -- озера -- содержат соленую воду. Эти озера имеют либо вулканическое происхождение, либо представляют собой изолированные остатки древних морей, либо образованы в районе мощных отложений растворимых солей. Однако в основном континентальные водоёмы пресные.

Пресная вода открытых водоемов также содержит растворимые соли, но в небольшом количестве. В зависимости от содержания растворенных, солей пресную воду разделяют на мягкую и жесткую. Чем меньше в воде растворено солей, тем она мягче. Самая жесткая пресная вода содержит солей не более 0,005% по массе, или 0,5 г/л.

Материковые льды составляют 1,65% от общей массы поверхностных вод гидросферы, 99% льда находится в Антарктиде и Гренландии. Общая масса снега и льда на Земле оценивается в 0,0004% массы нашей планеты. Этого достаточно для того, чтобы покрыть всю поверхность планеты слоем льда толщиной 53 м. Согласно расчетам, если эта масса растает, то уровень океана поднимется на 64 м.

Химический состав поверхностных вод гидросферы приблизительно равен среднему составу морской воды. Из химических элементов по массе преобладают кислород (85,8%) и водород (10,7%). Поверхностные воды содержат значительное количество хлора (1,9%) и натрия (1,1%). Отмечается существенно более высокое, чем в земной коре, содержание серы и брома.

Подземные воды гидросферы содержат основной запас пресной воды: Предполагают, что суммарный объем подземных вод примерно 28,5 млрд км3. Это почти в 15 раз больше, чем в Мировом океане. Считают, что именно подземные воды являются основным резервуаром, пополняющим все поверхностные водоемы. Подземная гидросфера может быть разделена на пять зон.

Криозона. Область льдов. Зона охватывает полярные районы. Толщина ее оценивается в пределах 1 км.

Зона жидкой воды. Охватывает практически всю земную кору.

Зона парообразной воды ограничивается глубиной до 160 км. Полагают, что вода в этой зоне имеет температуру от 450 °С до 700 °С и находится под давлением до 5 ГПа1.

Ниже, на глубинах до 270 км, располагается зона мономерных молекул воды. Она охватывает слои воды с диапазоном температур от 700 °С до 1000 °С и давлением до 10 ГПа.

Зона плотной воды простирается, предположительно, до глубин в 3000 км и опоясывает всю мантию Земли. Температуру воды в этой зоне оценивают в промежутке от 1000° до 4000 °С, а давление -- до 120 ГПа. Вода при таких условиях полностью ионизирована.

Гидросфера Земли выполняет важные функции: она регулирует температуру планеты, обеспечивает круговорот веществ, является составной частью биосферы.

Непосредственное воздействие на регуляцию температуры поверхностных слоев Земли гидросфера оказывает благодаря одному важных свойств воды -- большой теплоемкости. По этой причине поверхностные воды аккумулируют солнечную энергию, а затем медленно её отдают в окружающее пространство. Выравнивание температуры на поверхности Земли происходит исключительно благодаря круговороту воды. Кроме того, снег и лед имеют очень высокую отражающую

способность: она превышает среднюю для земной поверхности на 30%, Поэтому на полюсах разность между поглощенной и излученной энергией всегда отрицательна, то есть поглощенная поверхностью энергия меньше испущенной. Так происходит терморегуляция планеты.

Обеспечение круговорота веществ -- другая важнейшая функция гидросферы.

Гидросфера находится в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Вода гидросферы растворяет в себе воздух, концентрируя при этом кислород, используемый в дальнейшем водными живыми организмами. Находящийся в воздухе углекислый газ, образующийся преимущественно в результате дыхания живых организмов, сжигания топлива и извержения вулканов, обладает высокой растворимостью в воде и аккумулируется в гидросфере. Гидросфера растворяет в себе также тяжелые инертные газы -- ксенон и криптон, содержание которых в воде выше, чем в воздухе.

Воды гидросферы, испаряясь, поступают в атмосферу и выпадают в виде осадков, которые проникают в горные породы, разрушая их. Так вода участвует в процессах выветривания горных пород. Обломки горных пород сносятся текучими водами в реки, а затем в моря и океаны или в замкнутые континентальные водоемы и постепенно отлагаются на дне. Эти отложения впоследствии превращаются в осадочные горные породы.

Полагают, что главные катионы морской воды -- катионы натрия, магния, калия, кальция -- образовались в результате выветривания горных пород и последующего выноса продуктов выветривания реками в море. Важнейшие анионы морской воды -- анионы хлора, брома, фтора, сульфат-ион и карбонат-ион, вероятно, происходят из атмосферы и связаны с вулканической деятельностью.

Часть растворимых солей систематически выводится из состава гидросферы посредством их осаждения. Например, при взаимодействии растворенных в воде карбонат-ионов с катионами кальция и магния образуются нерастворимые соли, которые опускаются на дно в виде карбонатных осадочных горных пород. В осаждении некоторых солей большую роль играют организмы, населяющие гидросферу. Они извлекают из морской воды отдельные катионы и анионы, концентрируя их в своих скелетах и раковинах в виде карбонатов, силикатов, фосфатов и других соединений. После смерти организмов их твердые оболочки накапливаются на морском дне и образуют мощные толщи известняков, фосфоритов и различных кремнистых пород. Подавляющая часть осадочных горных пород и такие ценные полезные ископаемые, как нефть, уголь, бокситы, разнообразные соли и т.д., образевались в прошлые геологические периоды в различных водоемах гидросферы. Установлено, что даже самые древние горные породы, абсолютный возраст которых достигает около 1,8 млрд лет, представляют собой сильно изменившиеся осадки, образованные в водной среде. Вода используется также в процессе фотосинтеза, в результате которого образуется органическое вещество и кислород.

В гидросфере примерно около 3500 млн лет назад зародилась жизнь на Земле. Эволюция организмов продолжалась исключительно в водной среде вплоть до начала палеозойской эры, когда примерно 400 млн лет назад началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу. В этой связи гидросферу рассматривают как компонент биосферы (биосфера -- сфера жизни, область обитания живых организмов).

Живые организмы распространены в гидросфере крайне неравномерно. Количество и многообразие живых организмов в отдельных участках поверхностных вод определяется многими причинами, в том числе комплексом факторов внешней среды: температурой, соленостью воды, освещенностью, давлением. С увеличением глубины ограничивающее действие освещенности и давления возрастает: количество поступающего света резко уменьшается, а давление, наоборот, становится очень высоким. Так, в морях и океанах заселены в основном литоральные зоны, то есть зоны не глубже 200 м, наиболее прогреваемые солнечными лучами.

...