Биологический каталог




Лекции по экологии

Автор О.В.Богданкевич

олжна быть выше, чем ча

стота колебаний шара с жидкой сердцевиной, что и подтверждают результаты точных измерений.

Полученные в результате измерений данные за последние 30 лет были обобщены и уверенно показывают, что наша планета расслоена на концентрические оболочки: твердое металлическое внутреннее ядро с плотностью

о

р ~ 3 г/см , жидкое внешнее ядро с плотностью р ~

3 3

~ 9,5 11 г/см , нижняя мантия с плотностью р ~ 5 г/см ,

верхняя мантия с плотностью р ~ 3,56 г/см , кора с плото

ностью р ~ 2,8 г/см . Схема внутреннего строения Земли приведена на рис. 6.2.

Вулканизм jg:

Кора эпицентр -гипоцентрземлятресеню:

внутреннее ядро ... Г=6300, К -э=3,7 млрд ат.

Верхняя мантия Т= 1500, К

jP=320 млн ат.

! и<лняя мантия Г=4300, К

Рис. 6.2. Схема вну греннего строения Земли

В последней четверти XX в. появились гипотезы о том, что скорости вращения внутреннего ядра и нижней мантии различны. Твердая оболочка земли проворачивается относительно ядра. Это приводит к потере момента количества движения оболочки за счет вязкого трения в жидком внешнем ядре и должно влиять на изменение продолжительности суток.

Точные измерения, выполненные с помощью квантовых стандартов частоты, показали, что действительно, длительность земных суток уменьшается на 1 микросекунду за 10 лет. Было показано, что эти изменения не связаны с приливным торможением вращения земли в результате гравитационного взаимодействия системы Луна-Земля, т. е. оболочка Земли вращается с меньшей угловой скоростью, чем твердое внутреннее ядро.

Надо сказать, что приливное взаимодействие системы Земля-Луна оказывает существенное влияние на перемешивание масс вещества в нижних оболочках Земли и вулканические процессы.

Существование вращающегося жидкого ядра Земли, в соответствии с гипотезой Лармора, приводит к возникновению у Земли составляющей магнитного поля, не связанного с влиянием на него токов в магнитосфере, обусловленных ионизацией верхних слоев атмосферы Земли корпускулярным и ультрафиолетовым излучением Солнца.

Измерение остаточной намагниченности горных пород указывает на изменение полярности магнитного поля и положения магнитных полюсов на протяжении геологической истории Земли (в прямом смысле, по Высоцкому: «Там где полюс был — там тропики... »).

По данным магнитологов, полученным в начале 70-х гг., около 500 млн лет назад магнитные полюса находились в районе современного экватора и, скорее всего, это происходило не один раз. В чем здесь причина, геофизики пока разбираются.

Существование у Земли, хотя и не очень сильного, магнитного поля очень существенно для сохранения жизни на планете. Корпускулярное излучение Солнца (преимущественно протоны и электроны), особенно в периоды повышенной солнечной активности, в значительной мере задерживается магнитным полем Земли, образуя радиационные пояса.

В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно, не достигая Земли.

Землю нельзя рассматривать как полностью сформировавшееся неэволюционирующее космическое тело. За время своей геологической истории почти в 5 млрд лет как внутреннее ее строение, так и поверхность и атмосфера претерпели существенные изменения.

По оценкам вулканологов, на поверхность Земли ежегодно выносится из ее недр примерно 9 • 1015 г магмы, вулканического пепла, газов и различных паров. Если предположить, что вулканизм на Земле за всю ее геологическую историю был примерно на одном уровне (возможно, что на ранних стадиях эволюции он был несколько больше) , то за 5 млрд лет на поверхность Земли было вынесено по крайней мере 4,5-1025 г вулканических материалов при плотности около 2,6 г/см . Нетрудно подсчитать, что если всю эту массу равномерно распределить по поверхности Земли, то получится слой толщиной в 34 км.

Это означает, что современная кора Земли является продуктом длительной переработки вещества верхней мантии путем выветривания, переосаждения и окисления пород атмосферой и гидросферой Земли, а также преобразования пород жизнедеятельностью организмов.

Термохимические процессы, происходящие в мантии Земли, усиленные приливным перемешиванием вещества, находящегося в пластическом состоянии во внешнем ядре и верхней мантии, приводили к сжатию Земной коры и образованию горных массивов. Эти периоды активности недр перемежались с периодами спокойного состояния коры, в течение которых образовавшиеся горные области почти полностью разрушались благодаря действию атмосферы и воды и превращались в осадочные породы на дне морей.

Периоды горообразования геологи называют ороген-ными, а промежутки между ними — геосинклинальными. Продолжительность первых обычно не превышает 50-70 млн лет, а вторых — 250-500 млн лет. Сейчас считается, что орогенные периоды имели место 3,3, 2,5, 1,7, 1, 0,4, 0,2 и 0,1 млрд лет назад.

В течение последнего периода образовались такие горные массивы, как Альпы, Кавказ и Гималаи, их возраст не превышает 70 100 млн лет. Всего около 2 % от полного возраста Земли.

Жизнь на нашей планете не могла бы возникнуть, если бы на ее поверхности не было свободной воды. По существу Земля — это водная планета, так как Мировой океан занимает 70,8 % ее территории.

Морская вода — это раствор 44 химических элементов. Важную роль играют соли. Общее количество солей в Мировом океане составляет 5 • 1016 т. Если всю морскую соль в сухом виде распределить по поверхности суши, то ее слой составит почти 150 м.

Океан — регулятор температуры на земной поверхности. Самая высокая температура у поверхности воды в Тихом океане — 19,4 °С, в Индийском — 17,3 °С, в Атлантическом — 16,5 °С. С глубиной температура воды падает. Хотя бывают исключения, обусловленные поднятием глубинных теплых

Мировой океан 1,4-1018

Реки и озера 5-Ю14

Ледники 3,5-1016

Атмосфера 1,3-1013

Почва 8,5-1015

Морские осадки 1,0-1017

вод. Примером может слу-Таблица 6.1 ЖИть западная часть Ледовитого океана, куда вторгается Гольфстрим. На глубине 2 км на всей акватории Мирового океана температура не превышает 2-3 °С.

Мировой океан — мощный накопитель тепла и регулятор теплового режима Земли. Если бы океана не было, средняя температура поверхности Земли составила бы —21 °С, то есть была бы на 36 °С ниже измеряемой в настоящее время, и жизнь на этой планете вряд ли бы возникла.

Общее количество свободной воды на Земле в настоящее время составляет примерно 1,5 • 1018 т, ее распределение по поверхности (в тоннах) представлено в табл. 6.1.

Но было ли так всегда? На этот вопрос геофизиков, по-видимому, до сих пор нет четкого ответа. За последние 150-200 лет, когда начались регулярные измерения, уровень океана постепенно поднимается примерно на 2 мм

в год, т. е. за последнюю тысячу лет он при таких темпах увеличился на 2 метра, а за миллион лет — на два километра. За 10 миллионов лет он поднялся бы на 20 км, а это уже противоречит реальной ситуации. Значит, темпы изменения уровня океана в настоящее время возросли.

Одной из причин этого, но отнюдь не единственной, является общее потепление климата Земли за последние 150 200 лет, вызванное парниковым эффектом. Об этом мы поговорим отдельно в одной из следующих лекций.

7. Первичная атмосфера Земли и возникновение жизни

Жизнь на нашей планете была бы невозможной, если бы в атмосфере Земли с самого начала эволюции содержался свободный кислород.

Современная атмосфера Земли имеет азотно-кисло-родный состав: 78,1% азота, 20,9% кислорода, 1-3% паров воды, около 1 % аргона и 0,03 % углекислого газа. Этот состав характеризует атмосферу до высоты примерно в 100 км, а дальше состав атмосферы несколько меняется. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы водяного пара диссоциируют на водород и гидроксил. Два гидроксильных радикала соединяются вновь, образуя перекись водорода, которая довольно быстро разлагается на свободный кислород и воду, и цикл повторяется. Тяжелые молекулы кислорода опускаются в нижние слои атмосферы, а легкий водород диссипирует в космическое пространство из-за малой массы его атомов и молекул, приобретающих в нагретых Солнцем верхних слоях скорости, превышающие вторую космическую.

Нынешняя атмосфера Земли образовалась в процессе эволюции живого вещества примерно 1400 млн лет назад и представляет собой третье поколение газовой оболочки планеты. Ее современный состав резко отличается от того, что было во время конденсации первичного пылевого облака.

На рис. 7.1 приведено высотное распределение температуры и плотности в современной атмосфере Земли. Эти данные были получены с помощью метеорологических ракет за последние 20-30 лет. До этого метеорологи могли только догадываться о свойствах атмосферы выше 30 40 км, куда не долетали шары зонды, наполненные водородом или гелием. Из рис. 7.1 видно, что температура верхних слоев атмосферы достигает нескольких тысяч градусов.

При такой температуре средняя максвелловская скорость атома водорода равна 8,64 км/с. Вторая космичеекая скорость 11,2 км/с составляет всего 1,3 от средней. При таком соотношении скоростей весь водород улетает в космическое пространство всего за 20 мин.

101

10

\

10"5Н

хЮ *

03

п

V

4 \

Если придерживаться той точки зрения, что все планеты Солнечной системы образовались из одного и того же протопланетного вещества, то первичная атмосфера Земли была близкой к атмосферам планет-гигантов — Юпитера, Сатурна и Урана, которые, благодаря своему мощному гравитационному полю, смогли удержать существенную часть летучих компонент этого вещества. Поэтому в атмосферах этих планет сохранились водород, метан и аммиак.

Но такая атмосфера оказалась на Земле неустойчивой.

В современной атмосфере Земли самый распространенный элемент в нашей галактике — водород практически полностью отсутствует, за исключением самых верхних слоев, где он непрерывно образуется в результате фотодиссоциации паров воды ультрафиолетовым излучением Солнца и безвозвратно улетает в космическое пространство, образуя вокруг Земли водородную корону, прос

страница 12
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Скачать книгу "Лекции по экологии" (1.97Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(25.11.2017)