ТЕМА 3. ВНЕШНИЕ ГЕОСФЕРЫ ЗЕМЛИ.

Как уже отмечалось, внешними геосферами Земли являются атмосфера, гидросфера и биосфера. Они проникают друг в друга, находятся в постоянном взаимодействии между собой и с твердой оболочкой Земли.

Атмосфера, т. е. воздушная оболочка Земли, представляет собой смесь различных газов общей массой около 5,3*1015 тонн, что составляет примерно одну миллионную долю массы Земли. Основными компонентами атмосферы являются (в расчете на сухой воздух): азот – 78,08% об.; кислород – 20,95% об.; аргон – 0,93% об.; СО2 – 0,03% об.; малые примеси (водород, гелий, неон, криптон, метан, другие газы) - в сумме около 0,01%.

Исторически первичная атмосфера Земли существенно отличалась от нынешней. Процесс ее эволюции происходил сначала под доминирующим действием солнечного излучения, а затем биологических агентов.

В состав первичной атмосферы входили, в основном, водяные пары, метан и аммиак (как и у некоторых других планет Солнечной системы в настоящее время). Под действием солнечной радиации в верхних слоях атмосферы происходила диссоциация водяных паров, т.е. разложение молекул воды на водород и кислород. Основная часть водорода, как самого легкого газа, рассеивалась в околоземном пространстве, а свободный кислород вступал в реакции с аммиаком и метаном:

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O; СH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.

В результате в атмосфере появились молекулярный азот и углекислый газ. Растворяясь в морской воде, углекислота создавала условия для зарождения жизни в виде простейших растений типа сине - зеленых водорослей. Это происходило на глубинах более 10м, где слой воды мог защитить эти водоросли от действия ультрафиолетового излучения Солнца.

Водоросли в процессе фотосинтеза выделяли кислород и с достижением содержания его около 10% от современного уровня (т.е., более 2%) на высоте 10 – 30 км началось образование озонового слоя. Этот слой стал поглощать основную часть ультрафиолетового излучения, губительного для живых организмов. Таким образом, на Земле были созданы условия для развития жизни, а именно: наличие кислорода, азота, углекислоты, защита от ультрафиолетовой радиации.

С появлением живых организмов в течение последних 600 млн лет происходило обогащение кислородом земной атмосферы до современного уровня и основная его часть является продуктом жизнедеятельности растений.

Воздух содержит также пары воды и аэрозоли; это взвешенные мелкие твердые и жидкие частицы естественного и искусственного происхождения.

К естественным аэрозолям относится космическая пыль. Она образуется из остатков сгоревших в атмосфере метеоритов и ежегодно на Землю ее попадает от 2 до 5 млн тонн. Это минеральные частицы диаметром от 50 до 100 мкм. Природная пыль представляет собой твердые взвешенные частицы органического и неорганического происхождения размером от 0,1 до 100 мкм. Они образуются при разрушении и выветривании горных пород и почвы, при вулканических извержениях, при лесных пожарах.

Одним из источников пыли являются пустыни и безводные степи. Например, пыль, поднятая в Сахаре бурей, часто создает над Атлантикой полосу пыльной мглы на расстоянии до 1,5 – 2 тыс. км от побережья Африки. Аналогичная ситуация и с переносом пыли из пустынь Австралии, которая достигает Новой Зеландии и Малайзии. Около 40 лет назад в нашей стране были пыльные бури. На юге Украины, на Кубани были малоснежные зимы и верхний слой чернозема буквально сносился сильными ветрами. Эта пыль затем оседала не только у нас, но и гораздо севернее, вплоть до Москвы и Ленинграда.

Пылевые облака от вулканических извержений достигают большой высоты и горизонтальными токами воздуха переносятся на большие расстояния. Например, при извержении Везувия высота выбросов была 8 – 9км; при извержении Крокатау в 1883г. – 27 – 28км и образовавшееся облако несколько раз обогнуло Земной шар, а наиболее мелкие частицы затем оседали на Землю в течение нескольких лет.

Над океаном источником пыли служат мелкие брызги воды. Они поднимаются ветром, испаряются и в воздухе остаются микрокристаллы солей магния, натрия, калия, кальция.

К естественным биогенным источникам аэрозолей нужно отнести аэропланктон. Это бактерии, споры растений, грибки, которые поднимаются и перемещаются воздушными течениями. Разложение отмирающих растений и животных сопровождается выделением в атмосферу значительных количеств сероводорода, аммиака, углеводородов, оксидов азота и углерода.

Колебания содержания природной пыли в атмосфере обычно небольшие и не имеет серьезных последствий, хотя кратковременное негативное влияние может иметь место. Вместе с тем эти аэрозоли играют и положительную роль. Например, природная пыль служит ядрами конденсации водяных паров, способствует образованию облаков и выпадению осадков. Она же частично поглощает прямую солнечную радиацию и этим защищает живые организмы от нее.

Загрузка...

Источниками аэрозолей и примесей антропогенного происхождения в атмосфереявляются топливо–энергетический комплекс, промышленность, транспорт, другие сферы хозяйственной деятельности. Это твердые частицы пыли, дыма, сажи; оксиды углерода, серы, азота; углеводороды и их производные; соединения фосфора; сероводород, аммиак, хлор и т.д. Ежегодно от деятельности человека в атмосферу попадает, например, оксидов углерода 25 – 26 млрд тонн, оксидов серы – около 190 млн тонн, оксидов азота 60 – 70 млн тонн, хлорфторуглеводородов – до 1,5 млн тонн.

Наиболее загрязнена атмосфера над индустриальными регионами. До 90% выбросов приходится примерно на 10% суши: это Северная Америка, Европа, Восточная Азия. Одним из негативных последствий антропогенного загрязнения атмосферы являются кислотные осадки.

Как известно, кислотные свойства среды определяются содержанием ионов водорода. Чем больше их количество, тем выше кислотность. Для оценки кислотности используют водородный показатель или шкалу рН. Это 14 – ти бальная шкала; крайне высокой кислотности соответствует балл 0; крайне высокой щелочности – балл 14; баллом 7 оценивается нейтральная среда.

Нормальная кислотность атмосферных осадков 5,6 – 5,7. Но из-за техногенной эмиссии оксидов серы, азота, углерода, их растворения в атмосферной влаге в некоторых регионах выпадают дожди с рН = 3,2 – 3,7 и даже 2,7. Ареалы кислотных осадков – индустриальные страны Европы, Северной Америки, Азии, причем за счет переноса воздушными потоками они могут выпадать даже в 1000–1500км от мест эмиссии оксидов.

Техногенная кислота негативно влияет на здоровье людей, вызывает раздражение глаз, кожи, дыхательных путей. Происходит деградация лесов, особенно хвойных, которые особенно чувствительны к кислотным осадкам. Разрушается хлорофилл растений, ухудшается фотосинтез, что ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе злаковых. Повышается кислотность почв, что усиливает вымывание из них катионов калия, кальция, магния; разрушаются карбонатные породы и органика почв.

Закисление водоемов приводит к обеднению их фауны, к гибели ценных пород рыб, таких как лосось, форель, что имело место в Скандинавии в 70–е годы ХХ века.

Ускоряется коррозия оборудования, разрушение зданий, сооружений, памятников истории, культуры, особенно из известняка и мрамора. Установлено, например, что в промышленных районах сталь корродирует примерно в 20 раз, а алюминий в 100 раз быстрее, чем в сельской местности.

Еще одно негативное последствие антропогенного загрязнения атмосферы – усиление парникового эффекта. Климат Земли и средняя температура ее атмосферы периодически меняются. Похолодания сменяются глобальными потеплениями и наоборот. Периоды долговременных колебаний от 80 до 150 тыс. лет; самые кратковременные периоды от 80 до 180 лет. Например, последнее похолодание в ХVI – XIX веках сменилось потеплением в начале ХХ века, которое продолжается до настоящего времени.

Основная причина этих колебаний – периодическое изменение положения Земли или отдельных ее участков по отношению к Солнцу, т.е. изменение эксцентриситета земной орбиты, угла наклона оси вращения. Но ученых настораживают очень высокие темпы роста температуры атмосферы. За последние 50 лет она выросла на 0,60С и темпы роста ее увеличиваются.

Многие связывают это явление с антропогенным загрязнением атмосферы, которое вызывает парниковый эффект. Суть его заключается в следующем. Мощность солнечного излучения, которое падает на Землю около 173 млрд кВт. Альбедо Земли в среднем 0,35, поэтому более 1/3 этой энергии отражается снова в Мировое пространство, а 2/3 поглощается поверхностью суши и океана. Эта поглощенная энергия преобразуется в теплоту и в виде инфракрасных лучей переизлучается в Космос. Одно – и двухатомные газы, такие как О2 ,N2 ,He, Ar и т.д., составляющие основу атмосферы, являются для инфракрасных лучей лучепрозрачными и не задерживают их. Примесные же трех – и многоатомные газы, такие как СО2 , метан, водяные пары, озон и другие, поглощают эти лучи и воздух нагревается. Т.е., эти газы создают определенное препятствие утечке теплоты от земной поверхности. Чем выше их содержание в атмосфере, тем большее количество теплоты в ней задерживается.

Существует естественный парниковый эффект и он дает сейчас прирост температуры на Земле около 300С. Что это означает? Сейчас средняя температура составляет +150С. Если бы не было парникового эффекта, то она была бы – 150С. Но нарушение равновесия чревато катастрофическими последствиями. Если содержание парниковых газов в атмосфере будет расти прежними темпами (прежде всего, из-за интенсивного сжигания органического топлива), то к концу ХХІ века температура атмосферы повысится по разным прогнозам от 1,5 до 50С. Это приведет к таянию полярных льдов, повышению уровня Мирового океана на 60 – 100 см и затоплению обширных прибрежных районов суши. И самое главное. Невозможно спрогнозировать, как отразится это на перераспределении осадков на Земле, на морских и воздушных течениях, на климате в целом, какие природные катастрофы будут сопровождать это глобальное потепление.

Поэтому в 1997 г. промышленно развитыми странами подписан Киотский протокол об ограничении выбросов парниковых газов. Каждой стране выделяются определенные квоты на их выбросы. Но до сих пор под разными предлогами США, Россия, Китай не подписали этот протокол, хотя их доля в глобальных выбросах очень значительна.

Нельзя сказать, что приведенная гипотеза является единственной. Многие ученые вообще считают антропогенный фактор в наблюдаемом потеплении атмосферы ничтожным, а основными причинами - вулканические процессы на Земле, процессы в Солнечной системе и, прежде всего, на Солнце.

Смог или фотохимический туман является следствием локального антропогенного загрязнения атмосферы. Впервые этот термин появился в 1952 г. , когда в Лондоне установилась холодная безветренная погода и город накрыла туча вредных веществ – «черный смог». Погибло около 4 тыс. человек, десятки тысяч попали в больницы. Подобные явления периодически наблюдаются и в других крупных индустриальных центрах, хотя и с менее тяжелыми последствиями.

Смог представляет собой большое скопление вредных газообразных и аэрозольных примесей первичного и вторичного происхождения в приземном слое воздуха. Это происходит, если в слое воздуха непосредственно над источником газопылевой эмиссии существует инверсия, т.е. слой более холодного воздуха располагается под теплым. Это создает препятствие естественному переносу примесей вверх и они скапливаются под слоем инверсии. При мощной инверсии в течение не менее суток и безветренной погоде здесь создается высокая концентрация оксидов азота, серы, углеводородов и аэрозолей. При ясной погоде солнечная радиация расщепляет молекулы диоксида азота на оксид азота и атомарный кислород, который затем с молекулярным кислородом образует озон. Оксид азота вступает во взаимодействие с углеводородами, в основном, с ненасыщенными (олефинами), расщепляет их по двойной связи. Образуются фрагменты молекул и избыток озона. Эти реакции протекают циклически; в атмосфере концентрируются перекисные соединения, называемые фотооксидантами. Они отличаются высокой реакционной способностью и крайне опасны для человека.

Плотность и давление воздуха резко уменьшается с высотой: нижний слой толщиной 5км содержит около половины массы всей атмосферы, до высоты 16 км сосредоточено примерно 90% массы воздуха, а в слое толщиной 30км - до 99% его массы. На высоте выше 100 км находится лишь одна миллионная часть массы атмосферного воздуха.

По структуре атмосфера делится на 5 слоев, т.е. оболочек, отличающихся по своим свойствам. Между ними выделяют паузы.

Наиболее плотный приземный слой – тропосфера. Она имеет мощность 7 – 10 км на полюсах, 16 – 18км – над экватором; в средних широтах – 10 – 12км. Здесь сосредоточено более 80% массы атмосферы. Аэротермический градиент в этом слое отрицательный и в средних широтах его величина составляет 6 – 6,5 0С/км. Т.е., температура воздуха с подъемом на каждый км снижается на 6 – 6,5 0С. На верхней границе тропосферы температура составляет в среднем – (50 – 60) 0С. Давление здесь 1 – 3 кПа, что почти на 2 порядка ниже приземного (около 103кПа).

Над тропосферой до высоты примерно 25км расположена тропопауза, слой минимальных постоянных температур – (50 – 60) 0С. Тропопауза входит в состав стратосферы, общая мощность которой около 40км, т.е. до высоты 50 – 55км. В этом слое с высоты 20 – 25км наблюдается постепенное повышение температуры с темпом (1 – 2) 0С/км и на верхней границе стратосферы она повышается до +100С. Такое повышение температуры объясняется поглощением ультрафиолетового и инфракрасного излучения озоновым слоем, который расположен в стратосфере на высоте 25 – 40км.

Озоновый слой играет роль щита, который защищает живые организмы на Земле от губительного действия солнечной радиации. В середине 80–х годов ХХ столетия было отмечено региональное снижение содержания озона в атмосфере. Наибольшее снижение (на 40 – 50%) наблюдалось над Антарктидой на площади более 100 млн км2; меньшие по размерам «озоновые дыры» были обнаружены в районах стойких антициклонов над Гренландией, севером Канады, над Якутией.

Ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для здоровья людей и для биоты в целом. Как известно, энергия Солнца поступает на Землю путем видимого, инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Поток ультрафиолетового излучения условно делится на 3 вида: УФ–А с длиной волны 400–315нм; УФ–В с λ = 315–280нм; УФ-С с λ < 280нм. Именно “жесткий” ультрафиолет В и С крайне опасен для биоты. Его воздействие приводит к разрушению молекул белков и гибели живых клеток. У людей развиваются опасные заболевания кожи и глаз, подавляется деятельность иммунной системы. Именно этот “жесткий” ультрафиолет задерживает озоновый слой. Здесь протекает фотохимическая реакция образования озона из кислорода: 3О2 → 2О3 и за счет поглощения энергии в ней до Земли доходит лишь очень ослабленный поток «мягкого» УФ –А. От него наш организм научился защищаться пигментацией кожи, т.е. загаром.

Нельзя считать, что озоновый слой состоит сплошь из озона; здесь наблюдается лишь его повышенная концентрация по сравнению с другими слоями атмосферы. Его содержание составляет лишь 0,001%, т.е. на 1 молекулу озона приходится 100 тысяч других молекул. Но этого уже достаточно для поглощения «жесткого» ультрафиолета.

Об опасности нарушения озонового слоя свидетельствует эксперимент, который проводили США в 70-е годы ХХ столетия. В рамках разработки «озонового» оружия над одним из безлюдных атоллов в Тихом океане ракетой в озоновый слой был введен специальный реагент. Он полностью разрушил озон над этим островом и небольшая «озоновая дыра» была над ним несколько часов, пока не затянулась. Но и этого времени было достаточно, чтобы ультрафиолетовая радиация Солнца полностью убила все живое на острове – растения, животных, бактерии. Осталось лишь несколько черепах, которые были защищены толстым панцирем, но и они лишились зрения.

Озон крайне нестабилен; он окисляет практически все, с чем сталкивается. Поэтому в тропосфере он разрушается довольно быстро. Но в стратосфере он обычно «живет» довольно долго, потому там не много веществ, с которыми озон бы мог реагировать.

Разрушению озонового слоя способствует попадание в него техногенных оксидов азота с восходящими потоками воздуха. Они вступают в реакцию с озоном и разлагают его до кислорода. Разрушают озоновый слой и выбросы высотных самолетов, ракет. Эти выбросы содержат большое количество оксидов азота и каждый запуск ракеты в космос прожигает в озоновом слое немалую дыру, которая затягивается потом довольно долго.

Большинство специалистов считает, что основной причиной разрушения озонового слоя является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора. Еще в 1974 году были опубликованы первые работы, где авторы предупреждали о негативном влиянии на озоновый слой широкого применения хлорфторпроизводных углеводородов.

Эти вещества широко применяются в технике и в быту. Они нетоксичны, не горят, не реагируют с другими веществами, не вызывают коррозии. Они хорошие теплоизоляторы и растворители, могут испаряться и конденсироваться при комнатной температуре. Эти их свойства обусловили широкое применение в холодильной технике под названием фреонов. Применяют их в качестве растворителей, для образования аэрозолей лаков и красок, для заправки огнетушителей, для получения пенопласта, т.е. утеплителя. Их мировое производство в 80-е годы составляло несколько млн тонн; только фреона–12 (СF2Cl2) производилось до 500 тыс. тонн.

Хлорфторуглеводороды в обычной атмосфере крайне инертны и не разлагаются в ней длительное время. Например, фреон-12 – от 100 до 140 лет; фреон-11 (СFCl3) – 65 – 75 лет. Но когда их пары восходящими воздушными потоками заносятся в стратосферу, то под действием УФ- излучения молекулы распадаются. Освобождается свободный радикал хлора; он реагирует с молекулой озона, образуя кислород и оксид хлора (II). Этот оксид реагирует с атомом кислорода, образуя кислород и радикал хлора и затем цикл повторяется. Графически этот процесс на примере фреона-11 можно представить рис. 3.1. Т.о., хлор одновременно разрушает молекулы озона и препятствует образованию новых. Один атом хлора разрушает (или препятствует образованию) около 100 тыс. молекул озона. Выйти из цикла он может лишь, если прореагирует с водородом, например, метана, с образованием хлороводорода НСl и опустится в тропосферу. Здесь НСl растворяется в атмосферной влаге и возвращается на землю в виде кислотных осадков.

В 1985 г. была подписана Венская конвенция и в том же году Монреальский протокол об охране атмосферного озона. Участники обязались до 2000 г. сократить потребление фреонов на 50%, а затем вообще отказаться от них, заменив на более безопасные соединения.

Есть и другие мнения на сей счет. Некоторые ученые считают, что не стоит драматизировать ситуацию, что ослабление озонового экрана – явление временное и связано не столько с техногенными выбросами, сколько с естественными процессами на Земле. Например, таким определяющим фактором может быть изменение выделения водорода в районах вулканической активности. Тем более, что по последним данным размеры «озоновых дыр» стали существенно уменьшаться.

В стратопаузе, на высоте 55 – 60км, отмечается стабилизация температуры на уровне примерно +100С. В следующем слое, мезосфере, расположенном до высоты 80 – 85км, содержание озона значительно ниже и поэтому температура постепенно снижается до –(60 – 80) 0С. В мезосфере газы существенно ионизированы, здесь наблюдаются свечения атмосферы – полярные сияния.

Инверсии температуры в указанных слоях показаны на рис. 3.2. С 85 до 800км расположена термосфера, где температура непрерывно повышается: на высоте 150км она составляет + (200 – 240) 0С; 200км - около + 500 0С; 500 – 600км – более + 1500 0С. Газы здесь крайне разрежены; большое число ионизированных частиц. С высоты 200км начинается разделение газов по молекулярной массе, увеличивается доля легких газов (Н2 , Не).

Почему же тело, попавшее в термосферу, например, космический аппарат, не сгорает в ней? Температура, о которой идет речь, определяется уравнением Больцмана: .

Частицы в термосфере обладают очень высокой скоростью движения и , соответственно, большой кинетической энергией, что и обуславливает большое значение абсолютной температуры Т. Но нагрев тела определяется суммарной энергией, сообщенной ему, т.е., не только энергией единичной частицы, но и количеством частиц, взаимодействующих с телом. А так как в этом слое таких частиц крайне мало, то и нагрева практически не происходит.

От 800 до 1600 – 2000км над Землей расположена экзосфера. Здесь еще обнаруживаются газы атмосферы; преобладают ионы легких газов и элементарные частицы; происходит диссипация газов, т.е. их утечка в Мировое пространство. Но диссипации препятствует магнитное поле Земли; оно удерживает ионизированные частицы в магнитосфере, внешняя граница которой удалена на 25 – 35тыс. км от поверхности Земли.

Иногда три последние оболочки, т.е., мезосферу, термосферу и экзосферу, ввиду высокой степени ионизации называют вместе ионосферой.

Основными факторами, определяющими геологическую деятельность атмосферы, являются температура, влажность и движение воздушных масс.

Минимальная температура на Земле зафиксирована в Антарктиде - -89,20С; максимальная – в Ливийской пустыне - +57,80С. Это температура воздуха в тени. Температуры поверхности почвы и воды обычно отличаются от температур воздуха. Например, в Антарктиде температура поверхности снега достигает -90,40С; в Средней Азии при температуре воздуха +45-470С температура почвы достигает +77-790С; температура поверхности воды в Каспийском море достигает +37,20С.

Минимальная среднегодовая температура -56,60С измерена в Антарктиде; максимальная +34,40С – в Эфиопии; в целом на Земле среднегодовая температура +150С; в Киеве - +7,40С.

Важной составляющей атмосферы с точки зрения воздействия на геологические процессы является атмосферная влага. Содержание водяного пара в воздухе называется его влажностью. Различают абсолютную влажность – это масса водяного пара в 1 м3 влажного воздуха и относительную – это соотношение фактической и максимально возможной абсолютной влажности воздуха при данной температуре. Содержание паров воды колеблется от 0,05% в полярных широтах до 4% вблизи экватора. Испарение воды с поверхности водоемов представляет собой процесс естественной дистилляции. Атмосфера аккумулирует и транспортирует эту влагу. Аккумуляторами атмосферной влаги являются облака, где на большой высоте при пониженных температурах происходит конденсация водяных паров. Минимальное количество осадков выпадает в пустыне Атакама в Чили – 0,8 мм/год; максимальное – 11 684 мм – на Гавайских островах; в средних широтах обычно выпадает 500-600мм осадков в год.

Воздушные массы атмосферы находятся в движении под действием неравномерного нагрева различных участков поверхности Земли и сил Кориолиса. В результате возникают ветры – бризы, муссоны, пассаты; циклоны и антициклоны, постоянные потоки воздуха. Движения воздушных масс в атмосфере называются ветрами. Эти движения могут быть как горизонтальными, так и вертикальными, постоянными, периодическими и непериодическими. Постоянные ветры:

пассаты- это планетарные перемещения воздуха вдоль экватора с востока на запад. Массы воздуха от субтропиков перемещается к экватору, но вращение Земли отклоняет их к западу. Поэтому в северном полушарии пассаты дуют с северо-востока, а в южном – с юго-востока.

-западные ветры умеренных широт. Они дуют в восточном направлении в сороковых – шестидесятых широтах и в северном, и в южном полушариях.

Периодические ветры:

-муссоны вызваны сезонными колебаниями температур воздуха над морем и сушей; направлены летом с моря на сушу, а зимой – суши на море;

-бризы вызваны суточными колебаниями температуры воздуха над морем и сушей; днем направлены с моря на сушу, ночью – наоборот;

-горно-долинные вызваны разной скоростью нагрева и охлаждения гор и долин в течение суток; днем направлены из долины в горы, ночью – с гор в долину.

Непериодические ветры – это бури, смерчи, тропические циклоны. Их прогнозирование крайне сложно, они, как правило, образуются неожиданно в силу стечения целого ряда факторов. Бури часто носят местные названия: в Средней Азии – афганец, в Аравии – самум, в Сахаре – хамсин, в Южной Франции – мистраль, у Новороссийска – бора, на Байкале – баргузин. В открытом море бури называют шквалами.

Смерчи или торнадо – это вращающиеся вихри воронкообразной формы. Высота их до 2-3 км; диаметр у поверхности до нескольких сот метров; скорость вращения до 100 м/с; скорость перемещения обычно 50-70 км/час. Они возникают из-за резкого падения давления и обладают большой разрушительной силой.

Тропические циклоны или ураганы, тайфуны – это крупные атмосферные вихри диаметром в десятки (иногда даже сотни) км и высотой 10-15 км. Стенки циклона образованы мощными облаками, а в центре – глазе циклона – ясная безоблачная погода. Это вызвано центробежными силами, которые создают в центре вихря область отрицательного атмосферного давления. Обычно тропический циклон перемещается пассатами со скоростью 15-25 км/час, в то время как скорость ветра на периферии может достигать 350 и более км/ч (известен случай, когда скорость достигала 416 км/ч). Большая скорость ветра, ливни, штормовые волны высотой до 20-30 м вызывают кораблекрушения и разрушения прибрежных районов.

Струйные течения – это ветры на высоте 10-20 км, т.е. в верхней части тропосферы и в стратосфере. Они еще недостаточно изучены. Однако установлено, что их ширина может достигать сотен км, а скорость - до 800 км/ч.

Явления в тропосфере определяют погоду и климат. Погода – это физическое состояние атмосферы, которое характеризуется ветром, температурой, давлением и влажностью. Многолетний режим погоды, характерный для определенных физико–географических условий, называется климатом.

Выделяют четыре основных климатических поясаарктический (антарктический), умеренный, тропический и экваториальный. В каждом поясе (кроме экваториального) выделяют четыре типа климатаконтинентальный, океанический, западных и восточных побережий. Для экваториального выделяют только континентальный и океанический типы климата. Кроме того, в зависимости от влажности и температурных условий различают виды климата:

- гумидный- влажный, с высокой температурой, характерный для экваториального и тропического пояса;

- аридный – сухой жаркий климат пустынь и сухих степей;

- нивальный – влажный и холодный климат полярных и высокогорных областей.

Гидросфера. Верхняя граница гидросферы проходит на уровне поверхности открытых водоемов. Нижняя граница соответствует критической температуре воды 374 0С, когда вся вода переходит в парообразное состояние независимо от давления.

В гидросфере выделяют четыре типа природных вод: океаносфера, т.е., воды морей и океанов; воды суши, ледники и подземные воды, которые сосредоточены в земной коре. Общая масса гидросферы - 1644·1015 тонн, что не более 0,025% всей массы Земли.

Среднегодовая температура Мирового океана 17,40С, что почти на 30С выше, чем температура нижних слоев атмосферы. В придонных слоях океана температура понижается до 30С, а в глубоководных впадинах может быть ниже нуля (-1 - -20С), т.к. температура замерзания снижается с повышением солености воды.

Горизонтальная неоднородность или зональность гидросферы проявляется в том, что воды суши в основном пресные, а морей и океанов - соленые. Содержание солей в морской воде от 3,3 до 3,6% ; в основном это катионы Na+, Mg2+, Ca2+, K+ и анионы Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-, Br-, F-; на их долю приходится до 95,8% массы растворенных веществ. Как известно, растворимость солей тем выше, чем выше температура. Поэтому в поверхностном слое полярных морей соленость минимальная, а в Красном море 4,5%.

Растворенные в воде газы определяет характер органического мира бассейна. При нормальном газовом режиме в воде растворен кислород, при аномальном – сероводород, т.е. имеет место сероводородное заражение. Кислород необходим для жизнедеятельности морских организмов; он поступает из атмосферы и за счет фотосинтеза водорослей. В воде растворено в 60 раз больше СО2, чем его содержится в атмосфере. Т.е. гидросфера выполняет роль аккумулятора СО2, где часть его используют водоросли для фотосинтеза.

Большая часть вод суши образуется за счет атмосферных осадков.

Под влиянием солнечной радиации воды гидросферы находятся в непрерывном кругообороте. В нем выделяют отдельные звенья: атмосферное, океаническое, литогенное, биогенное и промышленно- хозяйственное.

В океаническом круговороте важную роль играют течения. Течения – это перемещения масс морской воды вследствие различия ее температур, солености, действия постоянно и периодически дующих ветров. Течения бывают постоянные и периодические, поверхностные и глубинные, холодные и теплые.

Постоянные поверхностные течения вызваны нагревом воды у экватора и растеканием ее к полюсам. В северном полушарии из-за вращения Земли они движутся на северо-восток, а в южном – на юго-восток. В полярных областях поверхностные воды охлаждаются, опускаются на дно и движутся к экватору в виде придонных или глубинных течений. Т.о. образуется замкнутый круговорот океанической воды.

Под действием постоянных ветров – пассатов – у экватора в Тихом и Атлантическом океанах формируются теплые северные и южные пассатные течения, направленные с востока на запад; в умеренных широтах южного полушария через Атлантический, Индийский и Тихий океан с запада на восток движется холодное течение западных ветров.

Биосфера охватывает пространство верхних горизонтов Земли, где существует органическая жизнь – это вся гидросфера, верхняя часть литосферы и нижняя часть атмосферы (ниже озонового экрана). Масса живого вещества Земли около 2,4·1012 т.

По способу питания организмы делят на автотрофные, потребляющие неорганические минеральные вещества, и гетеротрофные, питающиеся другими организмами и их остатками. По отношению к внешней среде организмы могут быть аэробные, живущие в кислородсодержащей среде (их большинство), и анаэробные, обитающие в безкислородной среде (их значительно меньше, в основном это микроорганизмы).

Основу живого вещества биосферы (около 98%) составляют органогенные элементы - углерод, кислород, азот, водород. К макроэлементам биосферы (примерно 1,9% массы ее) относятся фосфор, калий, сера, хлор, кальций, магний, натрий, железо. Микроэлементы – это, например, йод, кобальт, марганец, молибден, цинк, медь (всего около 10-30% массы); ультрамикроэлементы – свинец, хром, серебро, золото и т.д.

Основная масса живого вещества сосредоточена в зеленых растениях. Они улавливают энергию солнечных лучей и строят сложные органические соединения. Процесс фотосинтеза, протекающий с участием хлорофилла растений, - это окислительно - восстановительная реакция вида:

nCO2 + nH2O → (CH2O)n + nO2.

В результате за счет поглощения углекислоты и воды синтезируется органическое вещество – углеводы и выделяется свободный кислород.

При отмирании организмов протекает обратный процесс деструкции органического вещества путем его окисления и образования продуктов разложения. Процессы фотосинтеза и деструкции находятся в состоянии динамического равновесия, поэтому общая биомасса на Земле примерно постоянна.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

+ 44 = 45