Географическая оболочка

Каждый компонент географической оболочки испытывает на себе влияние всех остальных компонентов, причем настолько сильное, что может совершенно изменять первоначальные свойства ландшафта. Например, химически чистая вода бесполезна для организмов, а природно-чистая вода, обогатившаяся новыми свойствами в процессе взаимодействия с горными породами и атмосферой, напротив, - источник жизни.

Географическая оболочка - область действия климатического круговорота вещества и энергии

Понятие о географической оболочке, ее свойства и основные энергетические источники развития

Географическая оболочка Земли включает земную кору (литосферу), нижние слои атмосферы, гидросферу и биосферу, которые взаимно проникают друг в друга и взаимодействуют. Эта целостная саморазвивающаяся сложная система находится в относительно подвижном равновесии. Все составные части географической оболочки и происходящие в ней процессы тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Средняя мощность географической оболочки - 55 км. За ее верхнюю границу принимают тропопаузу - переходный слой от тропосферы к стратосфере, расположенный на высоте 8-10 км в приполярных широтах, 10-12 км в умеренных, 15-16 км в тропических и 17 км над экватором.

Нижняя граница географической оболочки располагается в земной коре. Существуют разные мнения о ее положении. Одни ученые отодвигают ее до той части земной коры, где скорость распространения продольных и поперечных упругих волн скачкообразно меняется (граница "Мохо"). Другие ученые относят ее к зоне гипергенеза в верхней части земной коры, т. е. к той ее толще, где происходят химические и физические преобразования минеральных веществ под действием атмосферы, гидросферы и живых организмов. Эти процессы распространяются на глубину от нескольких десятков до нескольких сот метров.

Ландшафт

Границы, в которых рассматривается географическая оболочка, определены непроизвольно. Так, тропосфера включена в нее потому, что она находится в постоянном взаимодействии с поверхностью земли и ей свойственна географическая поясность, литосфера - потому, что ее возникновение и развитие происходили под влиянием других сфер (атмосферы, гидросферы и биосферы); в более глубоких слоях Земли их влияние уже не прослеживается.

Солнечная радиация

Солнечная радиация дает 99,8 % всего тепла, поступающего на земную поверхность. И хотя это всего лишь менее одной двухмиллиардной доли солнечного излучения в год, она составляет гигантскую величину - 134 х 1019 ккал. Такое количество тепла можно получить при сжигании 200 млрд. т каменного угля. Запасов водорода, создающего этот поток термоядерной энергии, в массе Солнца хватит по крайней мере на 10 млрд. лет, т. е. на период, в два раза больший возраста нашей планеты. Лишь 28 % общей величины солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, определяет тепловой режим земной поверхности. В среднем для всей Земли этот приток солнечного тепла составляет 72 ккал/кв. см в год. Он расходуется на таяние льдов и испарение воды, на фотосинтез - основу всей органической жизни, а также на теплообмен между земной поверхностью, атмосферой и водами и между поверхностью и лежащими под ней слоями почвогрунтов.

Суша получает солнечной радиации больше, чем такая же площадь океана: над сушей меньше облачность, поэтому и меньшее количество радиации отражается облаками в мировое пространство. Но вместе с тем у суши и большая отражательная способность - более высокое альбедо. Получая солнечного тепла больше, чем океан, суша его больше и отдает. И вот итог: радиационный баланс поверхности океана составляет 82 ккал/кв. см в год, а суши - только 49.

Каковы же виды энергии, благодаря которым развивается географическая оболочка?

Основные среди них - лучистая энергия Солнца и внутренняя теплота Земли. Не менее важны и вторичные виды - результат трансформации первичных: химическая (она проявляется преимущественно в виде окислительно-восстановительных процессов) и биогенная энергия (ее источники: фотосинтез у растений, хемосинтез у некоторых бактерий, энергия окисления при усвоении пищи животными, процессы размножения и прироста биомассы). Около 1/3 общего количества солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы, отражается обратно в мировое пространство, 13 % поглощается озонным слоем стратосферы, 7 % поглощается остальной атмосферой, и лишь половина достигает земной поверхности. Но из этой половины 7 % отражается обратно в мировое пространство. Еще 15 %, поглощаясь земной поверхностью, трансформируется в тепло, которое излучается в тропосферу, что в значительной мере и определяет температуру воздуха. Солнечная радиация - основной двигатель всех природных процессов. Не будь ее, перестали бы течь реки, дуть ветры, зеленеть поля. Влияние солнечной радиации на развитие литосферы также очень велико. Осадочные породы несут следы деятельности организмов - аккумуляторов солнечной энергии. Но и кристаллические породы, оказавшиеся в результате действия внутренних сил Земли на ее поверхности, включаются в круговорот веществ прежде всего под влиянием солнечной радиации.

Географическая оболочка отличается способностью аккумулировать лучистую энергию Солнца, переводя ее в иные формы. Для нее характерно наличие "геологической памяти" - слоев осадочных пород, обладающих огромным энергетическим потенциалом, что создает предпосылки для дальнейшей прогрессивной эволюции всех частных оболочек.

Важную роль в жизни географической оболочки играет внутреннее тепло Земли, хотя его поступает примерно в 5 тыс. раз меньше, чем солнечного. Это внутреннее тепло есть главным образом результат распада радиоактивных элементов (радия, урана, тория и др.). Их процентное содержание в земной коре невелико, но абсолютное количество измеряется сотнями миллионов тонн.

Долина гейзеров на Камчатке

Улица одного из мексиканских городов после восьмибалльного землетрясения

Грамм радия дает в течение часа 140 кал, а при полураспаде, который продолжается примерно 20 тыс. лет, выделяет столько же тепла, сколько получается при сжигании 500 кг каменного угля. Общая величина тепловой энергии радиоактивного распада оценивается учеными в 43 х 1016 ккал/год.

Грозное явление представляют собой землетрясения. Одним из наиболее сильных из недавних было Гималайское в 1950 г. Общий вес переместившихся в результате землетрясения пород составил около 2 млрд. т. Во время сильных землетрясений, происшедших в Чили (1960 г.), в Югославии (1963 г.) и на Аляске (1964 г.), погибли тысячи людей. По данным специального комитета ООН, на всем земном шаре от землетрясений ежегодно погибает в среднем 14 тыс. человек. Если раньше землетрясения были символом слепого рока, то сейчас ведутся большие научные исследования по разработке методов их прогнозирования. В эти работы значительный вклад внесли советские специалисты. Один из новейших разработанных ими методов заключается в определении скорости распространения сейсмических волн. Этот метод уже неплохо зарекомендовал себя на практике. Во многих странах также разработаны и действуют сейсмические службы.

Атомы радиоактивных элементов самопроизвольно распадаются, выделяя при этом тепло. Оно накапливалось с момента возникновения Земли и во многом определяло ее разогрев.

Среди энергетических источников, питающих географическую оболочку, надо вспомнить и об энергии, выделяющейся при уплотнении вещества Земли. Его частицы, неплотно "упакованные" при образовании планеты, впоследствии "падали" к ее центру, что приводило к постепенной трансформации потенциальной энергии в кинетическую и тепловую.

Ученые считают, что сокращение земного радиуса вследствие предполагаемого глубинного сжатия освобождает ежегодно 4 х 1018 ккал тепла. Силы глубинной энергии вызывают поднятия и опускания материков и соответственно отступание и наступание морей. К числу самых грозных проявлений внутренней жизни Земли относятся землетрясения и извержения вулканов. Вулканические извержения и землетрясения приносят громадные материальные убытки и уносят тысячи человеческих жизней.

Еще одно проявление внутренних сил Земли - гейзеры (источники, периодически выбрасывающие фонтаны горячей воды и пара). Гейзеры и геотермальные источники, где вода и пар подаются на поверхность через буровые скважины, используются для отопления зданий, теплиц, производства электроэнергии. Геотермальные электростанции уже сейчас работают в Советском Союзе (на Камчатке), в США - на Больших гейзерах (Йеллоустонский национальный парк), в Италии, Японии. Эти станции дают самую дешевую электроэнергию, что особенно важно для районов, лишенных других энергетических ресурсов.

Наиболее интенсивен обмен вещества и энергии в так называемом ландшафто-образующем слое географической оболочки, где происходит прямой контакт всех ее компонентов под влиянием энергии Солнца, внутренних сил Земли (в том числе и силы тяжести) и деятельности человека. Мощность этого слоя невелика - от 30 - 50 м в полярных пустынях до 150-200 м в зоне влажнотропиче-ских лесов - гилей. А в океане он включает всю толщу гидросферы с наиболее активным развитием жизни в поверхностном и подземном придонных ярусах, т. е. на контактах атмосферы с гидросферой и гидросферы с литосферой.

Каждый час на земном шаре происходит в среднем 10 землетрясений, а за год - около 100 тыс. В наше время действуют свыше 900 вулканов, большая часть их расположена по обоим берегам Тихого океана, а также в поясе молодых гор Евразии - от Средиземного моря до Гималаев.

Грозный Везувий

Действующими считаются вулканы, извержения которых происходили на протяжении исторической эпохи. Однако не раз уже, казалось бы, потухшие вулканы начинали снова действовать. При этом они проявляют мощь, пропорциональную длительности стадии покоя.

Именно "заснувшие" вулканы приносили наибольшие разрушения. Примером может служить Везувий, считавшийся потухшим до катастрофы в 79 году н. э., вызвавший гибель Помпеи, Геркуланума и Стабии. В 1888 г. ожил вулкан Бандай-Сан в Японии, уничтоживший семь деревень. В 1951 г. 5 тыс. человек стали жертвами вулкана Ламингтон в Новой Гвинее. Наконец, в 1956 г. произошел взрыв вулкана Безымянного на Камчатке. В 1977 г. произошло сильное извержение вулкана Усу в Японии, высота выбросов достигала 10 км, и пепел выпадал на земную поверхность на расстоянии 200-300 км от вулкана, а толщина слоя пепла вблизи вулкана достигала 30-50 см. В окрестностях вулкана были уничтожены посевы риса, зерновых, сады на площади 10 тыс. га. Не раз "оживали" вулканы и в других районах Земли.

Грозный Везувий

Грозный Везувий

Магматические газы - исходный материал для образования атмосферы и гидросферы

Вулкан Фудзияма извергался 14 раз