Ранняя история Земли

Ранняя история Земли, как и других планет, включает ранние фазы эволюции – фазу аккреции (рождения), фазу расплавления внешней сферы земного шара и фазу первичной коры (лунную фазу).

Фаза аккреции представляла собой непрерывное выпадение на растущую Землю все большего количества тел, укрупняющихся в своем полете при соударениях между собой, а также в результате притяжения к ним более удаленных мелких частиц. При этом на Землю падали и самые крупные объекты – планетезималии, достигавшие в поперечнике многих километров. В фазу аккреции, которая длилась около 17 млн лет (правда, некоторые исследователи увеличивают этот срок до 400 млн лет), Земля приобрела примерно 95% современной массы.

Однако Земля оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества поверхности планеты.

Фаза расплавления внешней сферы Земли наступила в промежутке 4–4,6 млрд лет назад. В это время произошла общепланетарная химическая дифференциация вещества Земли, которая привела к формированию центрального ядра и обволакивающей его мантии. Позже образовалась и земная кора.

В фазе расплавления внешней сферы поверхность Земли представляла собой океан тяжелого расплава с вырывающимися из него газами. В него продолжали стремительно падать мелкие и крупные космические тела, вызывая всплески тяжелой жидкости. Над раскаленным океаном нависало сплошь затянутое густыми тучами небо, с которого не могло упасть ни капли воды.

Лунная фаза – это время остывания расплавленного вещества поверхности Земли из-за излучения тепла в космос и ослабления метеоритной бомбардировки. Так образовалась первичная кора базальтового состава. Одновременно шло образование гранитного слоя материковой коры. Правда, механизм этого процесса до сих пор не ясен.

В течение лунной фазы поверхность Земли постепенно остывала (от температуры плавления базальтов, составляющей 800 – 1000°, до 100° С). Когда температура опустилась ниже 100°С, из атмосферы выпала вся вода, покрывшая Землю: сформировались поверхностные и грунтовые стоки, появились водоемы, в том числе и океан.

До сих пор остается открытым вопрос о химической дифференциации земного вещества. На него пытаются ответить три теории.

Теория гомогенной аккумуляции, автором которой был О.Ю. Шмидт, утверждает, что Земля возникла как квазиоднородная планета, химически относительно однородный шар. В то время планета представляла однородную смесь частиц железа, силикатов и сульфидов, распределенных по всему объему относительно равномерно. В процессе аккумуляции также была захвачена часть газов – водород, углекислый газ, вода в газообразном состоянии.

В период расплавления внешней сферы, которая возникла не только из-за падения метеоритов, но и из-за радиоактивного разогрева недр планеты, расплавленные массы вещества начали расслаиваться. При этом железо, обладающее вдвое большим удельным весом, чем силикаты, стекало в центр Земли, образуя ядро. Пластичные силикатные массы были выдавлены вверх, образовав мантию. Тогда же стали закладываться очертания будущих континентов и океанов. Вероятно, современный Тихий океан был тем местом, где массы железа погрузились к центру планеты, а противоположное полушарие, на котором находятся континенты Земли, стало местом поднятия силикатных масс.

Теория гетерогенной аккумуляции утверждает, что Земля начала аккумулироваться в той последовательности, в которой происходила конденсация вещества из первичной туманности. Вначале из преимущественно металлических частиц сформировалось ядро. Остальные слои появлялись по мере остывания планеты и оседания на нее более поздних конденсатов – силикатных частиц, образовавших первичные мантии. В этом случае также начался быстрый радиоактивный разогрев Земли, способствовавший плавлению материала и дальнейшей химической дифференциации, что выразилось в более резком обособлении основных оболочек планеты.

Теория частично гетерогенной аккумуляции считает, что резких перерывов в поступлении материалов, из которых образовывался земной шар, не было. Разница в составе существовала лишь между центральными частями Земли и поверхностными слоями первичной мантии. В таком случае первоначально не было резких границ между ядром и мантией, как сейчас. Эти границы установились позже, в ходе дальнейшей химической дифференциации, связанной с нагревом. Ядро Земли возникло в результате комбинации процессов гетерогенной аккреции и последующей химической дифференциации. Выплавление железистых масс из разных горизонтов первичной Земли и их стекание в центральные области было процессом, протекавшим асимметрично, что в дальнейшем определило асимметричный характер коры и верхней мантии.

Уровень современных знаний не позволяет точно утверждать, какая из приведенных нами теорий соответствует действительности, хотя специалисты в наши дни склоняются больше ко второму варианту.

Геологическое развитие планеты

Его результатом стало формирование самых верхних оболочек Земли – атмосферы, гидросферы и литосферы. Это произошло в результате остывания поверхности Земли и привело к образованию первичной базальтовой или близкой к ней по составу коры Земли. Почти одновременно за счет конденсации водяных паров образовалась водная оболочка планеты – гидросфера.

Образование литосферы.Повторное плавление коры либо под влиянием мантийных струй, либо в зонах подлезания привело к возникновению островов протоконтинентальной коры, сложенной так называемыми серыми гнейсами, распространенными во всех древних щитах. Им соответствуют наиболее древние известные породы с возрастом 4–3,2 млрд лет.

Позднее, около 3,5 млрд лет назад, на первичной остаточной или на вторичной коре, образованной при растяжении океанической коры над зонами подлезания (столкновения литосферных плит и подлезания их друг под друга), начали формироваться вулканические дуги. В результате примерно 2,7–2,5 млрд лет назад возникли значительные площади континентальной коры, которые, по-видимому, слились в единый суперконтинент – первую Пангею в истории Земли. Толщина этой коры уже достигала современной толщины (35–40 км). Ее нижняя часть под влиянием высоких давлений и температур испытывала значительные превращения, а на средних уровнях произошло выплавление больших масс гранита.

Следующий важный момент в развитии Земли имел место примерно 2,5 млрд лет назад. Возникший на предыдущем этапе суперконтинент – первая Пангея – претерпел существенные изменения и 2,2 млрд лет назад распался на отдельные, относительно небольшие континенты, разделенные бассейнами с новообразованной океанической корой. Отдельные следы этих этапов в тектонике плит можно обнаружить и сейчас. При этом первый этап, до возникновения Пангеи, принято называть эмбриональной тектоникой плит, а второй этап – тектоникой малых плит. К концу данного периода, около 1,7 млрд лет назад, континенты вновь слились в единый суперконтинент. Образовалась Пангея-II. Ее распад начался около 1 млрд лет назад, хотя частичные разъединения и воссоединения могли иметь место и до этого.

В интервале 1–0,6 млрд лет назад структурный план Земли претерпел радикальные изменения и существенно приблизился к современному. С этого момента началась полномасштабная тектоника плит. Она связана с тем, что литосфера Земли разделена на ограниченное число крупных (5 тыс. км) и средних (1 тыс. км) по размерам поперечника жестких и монолитных плит, которые расположены на более пластичной и вязкой оболочке – астеносфере. Литосферные плиты стали двигаться по астеносфере в горизонтальном направлении, образуя раздвижения и подлезания, которые в среднем компенсируют друг друга в масштабах планеты.

Тогда же возник Тихий океан, наметились прообразы современной Северной Атлантики и будущего широтного океана Тетис, разделившего континенты на северную и южную группу. Однако к концу указанного периода все континенты вновь слились в единый суперконтинент. Это была Пангея-III.

Таким образом, в истории Земли как планеты неоднократно происходил процесс формирования и распада Пангеи. Длительность таких циклов составляла 500–600 млн лет. На эту крупномасштабную периодичность накладывается периодичность меньших масштабов, связанная с растяжением и сжатием земной коры.

Возникновение атмосферы и гидросферы.Составные части атмосферы, как и гидросферы Земли, являются летучими веществами. Они поступили на поверхность планеты в результате ее химической дифференциации. Согласно многочисленным данным, пары воды и газы атмосферы возникли в недрах Земли и поступили на ее поверхность в результате внутреннего разогрева вместе с наиболее легкоплавкими веществами первичной мантии в процессе вулканической активности.

Земля, как и все планеты земной группы, характеризуется очень малым количеством летучих веществ. Так, масса гидросферы составляет 0,024% общей массы Земли, а масса атмосферы – лишь 0,00009%.

Вода и углекислый газ как компоненты газопылевого облака долго пребывали в виде молекул, когда большая часть твердых конденсатов уже сформировалась. Поэтому оставшиеся газы в какой-то мере поглощались пылевыми частицами путем абсорбции и различных химических реакций. Так летучие вещества внедрились в планеты земного типа. Из недр Земли они поступают на поверхность в результате вулканической деятельности. Кроме того, как считают Альвен и Аррениус, уже в период бомбардировки Земли планетезималиями, когда шел разогрев и плавление земных пород, выделялись газы и пары воды, содержавшиеся в породах. При этом Земля теряла водород и гелий, но сохраняла более тяжелые газы. Таким образом, именно дегазация земных недр стала источником атмосферы и гидросферы. По некоторым расчетам, от 65 до 80% общего количества летучих компонентов Земли выделились в результате ударной дегазации.

Океаническая вода представляет собой уникальный природный раствор, содержащий в среднем 3,5% растворенных веществ, что и обеспечивает соленость воды. В воде земных океанов содержится множество химических элементов. Среди них важнейшую роль играют натрий, магний, кальций, хлор, азот, фосфор, кремний. Эти элементы усваиваются живыми организмами, и их концентрация в морской воде контролируется ростом и размножением морских растений и животных. Большую роль в составе морской воды играют растворенные в ней природные газы – азот, кислород, углекислый газ, которые входят в состав атмосферы и живого вещества суши и моря.

Проблема происхождения океана связана с проблемой происхождения не только воды, но и растворенных вней веществ. Гидросфера Земли, как и атмосфера, также появилась в результате дегазации недр планеты. Материал океана и вещество атмосферы возникли из общего источника.

Как считается сегодня, первичная атмосфера была близка к составу вулканических и метеоритных газов. Скорее всего, она напоминала современную атмосферу Венеры. На поверхность Земли поступали вода, углекислый газ, метан, аммиак, сера, которые и составили первичную атмосферу Земли. В целом она имела восстановительный характер и была практически лишена свободного кислорода. Хотя незначительное его количество образовывалось под влиянием солнечных лучей из паров воды в верхних слоях атмосферы.

Мировой океан возник из паров мантийного материала, и первые порции конденсированной воды были кислыми. Затем появились минерализованные воды, а собственно пресные воды образовались значительно позже в результате испарения с поверхности первичных океанов в процессе естественной дистилляции.

Но состав первичной атмосферы Земли, возникшей в результате ударной дегазации и вулканической активности, резко отличался от состава современной атмосферы. Эти отличия связаны с наличием жизни на Земле, оказывающей самое существенное воздействие на все процессы, протекающие на нашей планете. Таким образом, химическая эволюция атмосферы и гидросферы проходила с неизменным участием живых организмов, причем ведущую роль играли фотосинтезирующие зеленые растения.

Современная азотно-кислородная атмосфера – результат деятельности живых организмов на Земле. То же можно сказать и о современном составе вод Мирового океана планеты. Поэтому сегодня на нашей планете жизнь и преобразованная ею окружающая среда образуют самостоятельную оболочку Земли – биосферу.

Геосферы Земли

Итак, формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества. Результатом этой дифференциации явилось разделение Земли на концентрически расположенные слои – геосферы, различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора – так называемая «твердая» Земля, заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты. Кроме того, Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическими полями.

Таким образом, можно выделить ряд геосфер, из которых состоит Земля:

• ядро;

• мантия;

• литосфера;

• гидросфера;

• атмосфера;

• магнитосфера.

Кроме того, в отдельных литературных источниках можно встретить описание и анализ других оболочек – антропосферы, техносферы, социосферы, но они выходят за пределы естествознания.

Геосферы различаются главным образом плотностью составляющих их веществ. Самые плотные вещества сосредоточены в центральных частях планеты. Ядро составляет 1/3 массы Земли, кора и мантия – 2/3.

Названные нами земные оболочки взаимосвязаны и проникают друг в друга. Гидросфера всегда присутствует в литосфере и атмосфере, атмосфера – в литосфере и гидросфере и т.д. С атмосферой, гидросферой и литосферой взаимодействуют внутренние оболочки Земли. Кроме того, во всех оболочках, кроме мантии и ядра, присутствует биосфера.

Ядро Земли

Ядро занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра составляет около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км и состоит из двух частей – большого внешнего и малого внутреннего ядер. Температура ядра может достигать 4000°С.

Природа внутреннего ядра Земли с глубины 5000 км остается загадкой. Это шар диаметром 2200 км. Возможно, он состоит из никелистого железа без примесей серы и находится в твердом состоянии из-за огромного давления.

Судя по геофизическим данным, внешнее ядро представляет собой жидкость, состоящую из расплавленного железа с примесью никеля и серы. Это связано с тем, что давление в этом слое меньше. Внешнее ядро представляет собой шаровой слой толщиной 2200 км. Жидкое ядро позволяет объяснить наличие магнитного поля Земли и его вариаций, когда в геологическом прошлом нашей планеты неоднократно происходила инверсия магнитных полюсов. Предполагается, что магнитное поле создается процессом, названным эффектом динамо-машины. Роль подвижного элемента динамо играет жидкое ядро, перемещающееся при вращении Земли вокруг своей оси.

Мантия

Мантия – наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 ее массы и большую часть объема. Она также существует в виде двух шаровых слоев – нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км. Все слои мантии расположены между радиусами 3450 и 6350 км.

Данные о химическом составе мантии получены на основании анализов наиболее глубинных магматических горных пород, поступивших в верхние горизонты в результате мощных тектонических поднятий с выносом мантийного материала. Материал верхней мантии собран со дна разных участков океана. Предполагают, что мантия Земли в основном сложена из силикатов и железа, прежде всего из минерала оливина.

Благодаря высокому давлению вещество мантии, скорее всего, находится в кристаллическом состоянии. Температура мантии составляет около 2500°С. Именно высокие давления обусловили такое агрегатное состояние вещества, в ином случае указанные температуры привели бы к его расплавлению.

В расплавленном состоянии находится астеносфера – нижняя часть верхней мантии. Это подстилающий верхнюю мантию и литосферу слой. Литосфера как бы «плавает» в нем. В целом же верхняя мантия обладает интересной особенностью – по отношению к кратковременным нагрузкам она ведет себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам – как пластичный материал.

На не слишком вязкую и пластичную астеносферу опирается более подвижная и легкая литосфера. В целом литосфера, астеносфера и остальные мантии могут рассматриваться в качестве трехслойной системы, каждая из частей которой подвижна относительно других компонентов.

Литосфера

Литосфера – это земная кора с частью подстилающей ее мантии, которая образует слой толщиной порядка 100 км. Земная кора обладает высокой степенью жесткости, но и большой хрупкостью. В верхней части она слагается гранитами, в нижней – базальтами.

Резкая асимметрия строения поверхности нашей планеты была замечена давно. Поэтому планетарный рельеф делится на две основные области - океаническую и континентальную. Дно океанов и континенты отличаются друг от друга строением земной коры, химическим и петрографическим составом, а также историей геологического развития. Кора имеет повышенную мощность в области континентов и пониженную в областях океанического дна.

Средняя мощность континентальной коры – 35 км. Ее верхний слой богат гранитными породами, нижний – базальтовыми магмами. На дне океанов гранитный слой отсутствует, и земная кора состоит только из базальтового слоя. Ее мощность – 5–10 км. Кроме того, континентальная кора содержит больше радиоактивных элементов, генерирующих тепло, чем тонкая океаническая кора.

Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в основном слагается из восьми химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия. Половина всей массы коры приходится на кислород, который содержится в ней в связанном состоянии, главным образом в виде окислов металлов.

Земная кора сложена горными породами различного типа и различного происхождения. Более 70% приходится на магматические, 20% – на метаморфические породы, 9% составляют осадочные породы.

Первые порции вулканического материала имели состав базальтов или состав, близкий к нему. Базальтовая магма, поднимаясь к поверхности, теряла газы, уходившие в атмосферу, превращалась в базальтовую лаву, которая растекалась по первичной поверхности планеты. При остывании она превращалась в твердые покровы, образующие первичную кору океанического типа. Однако процесс выплавления этих масс был асимметричным, и на одном полушарии планеты их сосредоточилось больше, чем на другом. В областях будущих континентов молодая земная кора была динамически неустойчивой и перемещалась вверх и вниз под влиянием внутренних причин, о природе которых мы знаем еще недостаточно. При общих колебательных движениях части первичной коры временами оказывались выше уровня океана и подвергались разрушению под влиянием химически активных газов первичной атмосферы, воды, а также других физических агентов. Продукты разрушения сносились в пониженные участки суши и водоемы, образуя осадочные породы с механической сортировкой частиц по величине и минералогическому составу. Еще более активно эти процессы пошли с появлением биосферы. Области поднятия суши – места будущих континентов – стали обрастать поясами мощных толщ осадочных пород, возникших за счет разрушения более приподнятых участков суши. Эти пояса впоследствии подвергались складчатости и поднятиям, в них проявлялась вулканическая деятельность. Возникли древние горные цепи вокруг ядер материков, впоследствии также разрушенные геологическими агентами. Так формировалась континентальная часть земной коры.

Океаническая часть, вероятно, редко или совсем не выступала выше уровня Мирового океана, и в ней не происходили процессы дифференциации вещества, не шли отложения осадочных пород.

Геологические особенности коры определяются совместными действиями на нее атмосферы, гидросферы и биосферы – трех самых внешних оболочек планеты. Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется. Благодаря выветриванию и сносу вещество континентальной поверхности полностью обновляется за 80–100 млн лет. Убыль вещества континентов восполняется поднятиями их коры. Если бы не было этих поднятий, то за несколько геологических периодов вся суша была бы снесена в океан и наша планета покрылась бы сплошной водной оболочкой.

Не следует забывать и о том, что поверхность Земли сложилась из литосферных плит, число и положение которых менялось от эпохи к эпохе. Плита – это вся масса коры и подстилающей мантии, которая движется как единое целое по поверхности Земли. Сегодня выделяют 8–9 больших плит и более 10 малых. Плиты медленно перемещаются горизонтально (глобальная тектоника плит). В районах рифтовых долин, где вещество мантии выносится наружу, плиты расходятся, а в местах, где горизонтальные смещения соседних плит оказываются встречными, они надвигаются друг на друга. Вдоль границ литосферных плит расположены зоны повышенной тектонической активности. При движении плит сминаются их края, образуя горные хребты или целые горные области. Океанические плиты, берущие свое начало в рифтовых разломах, наращивают толщину по мере приближения к континентам. Они уходят под островные дуги или континентальную плиту, увлекая за собой накопившиеся осадочные породы. Вещество погружающейся плиты достигает в мантии глубин до 500– 700 км, где оно начинает плавиться.

На поверхности литосферы в результате совокупной деятельности ряда факторов возникает почва.

Основоположник почвоведения русский ученый В. В. Докучаев назвал почвойнаружные горизонты горных пород, естественно измененных совместным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, включая их остатки. Таким образом, почва – это сложнейшая система, стремящаяся к равновесному взаимодействию с окружающей средой.

Гидросфера

Водная оболочка Земли представлена на нашей планете Мировым океаном, пресными водами рек и озер, ледниковыми и подземными водами. Общие запасы воды на Земле составляют 1,5 млрд км³. Из этого количества воды 97% приходится на соленую морскую воду, 2% составляет замерзшая вода ледников и 1% – пресная вода.

Гидросфера – это сплошная оболочка Земли, так как моря и океаны переходят в подземные воды на суше, а между сушей и морем идет постоянный круговорот воды, ежегодный объем которого составляет 100 тыс. км³. Большая часть испаренной с поверхности морей и океанов воды выпадает в виде осадков над ними же. Около 10% испаренной воды уносится на сушу, падает на нее, а затем или реками уносится в океан, или уходит под землю, или консервируется в ледниках. Круговорот воды в природе не является совершенно замкнутым циклом. Сегодня доказано, что наша планета постоянно теряет часть воды и воздуха, которые уходят в мировое пространство. Поэтому с течением времени встанет проблема сохранения воды на нашей планете.

Вода – вещество, обладающее многими уникальными физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой теплоемкостью, теплотой плавления и испарения и в силу этих качеств является важнейшим климатообразующим фактором на Земле. Вода является хорошим растворителем, поэтому в ней содержится множество химических элементов и соединений, необходимых для поддержания жизни. Не случайно именно Мировой океан стал колыбелью Жизни на нашей планете.

Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан (71% поверхности планеты). Он окружает материки (Евразию, Африку, Северную и Южную Америку, Австралию и Антарктиду) и острова. Океан делится материками на четыре части: Тихий (50% площади Мирового океана), Атлантический (25), Индийский (21) и Северный Ледовитый (4%) океаны. Средняя глубина вод океана составляет 3,8 км. Наиболее глубокая часть океана – Марианская впадина в Тихом океане с глубиной 11 022 м. Посреди океанов проходят рифтовые хребты общей протяженностью до 60 тыс. км. Они состоят из отдельных гор высотой до 2,5 км, разделенных глубокими расщелинами.

Средняя соленость вод Мирового океана составляет 3,5%. Среднегодовая температура поверхности вод океана равна 17,5°С. Теплее всего вода у экватора (28°С), холоднее всего – у полюсов (до – 1,9°С). Мировой океан часто называют «печкой планеты». В теплый сезон вода согревается медленнее суши, поэтому она охлаждает воздух. Зимой происходит обратный процесс -теплая вода согревает холодный воздух.

В Мировом океане постоянно происходят поступательные движения масс воды – морские течения. Они образуются под влиянием господствующих ветров, приливных сил Луны и Солнца, а также из-за существования слоев воды разной плотности. Под влиянием вращения Земли все течения в Северном полушарии отклоняются вправо, а в Южном полушарии – влево. По расположению течения бывают поверхностными, подповерхностными, глубинными и придонными. По стабильности выделяют постоянные, временные и периодические (приливы и отливы) течения. Примером постоянных течений являются Северные и Южные Пассатные течения. Из низких широт в высокие движутся теплые течения (Гольфстрим), а из высоких широт в низкие – холодные течения (Лабрадорское, Курильское).

Огромную роль в морях и океанах играют приливы и отливы, вызывающие периодические колебания уровня воды и смену приливных течений. В открытом океане высота прилива достигает 1 м, у берегов – до 18 м. Самые высокие приливы наблюдаются у берегов Франции (14,7 м) и в Англии в устье реки Северн (16,3 м), в России – Мензенском заливе Белого моря (10 м) и Пенжинской губе Охотского моря (11 м).

Важной частью гидросферы Земли являются реки – водные потоки, текущие в естественных руслах и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их бассейнов. Реки с притоками образуют речную систему. Течение и расход воды в них зависит от уклона русла. Обычно выделяют горные реки с быстрым течением и узкими речными долинами и равнинные реки с медленным течением и широкими речными долинами.

Реки являются важной частью круговорота воды в природе. Их суммарный годовой сток в Мировой океан составляет 38,8 тыс. км³. Реки – это источники питьевой и промышленной воды, источник гидроэлектроэнергии. В реках живет большое количество растений, рыб и других пресноводных организмов. Самые большие реки на планете – Амазонка, Миссисипи, Енисей, Лена, Обь, Нил, Амур, Янцзы, Волга.

Озера и болота – также часть гидросферы Земли. Озера – это водоемы, вся поверхность которых открыта атмосфере и которые не имеют уклонов, создающих течения, а также не связаны с морем иначе, чем через реки и потоки. Понятие «озера» включает в себя большой круг водоемов, в том числе пруды (небольшие мелкие озера), водохранилища, а также болота и трясины со стоячей водой. По происхождению озера могут быть ледниковыми, проточными, термокарстовыми, солеными. С геологической точки зрения озера имеют малую продолжительность жизни. Как правило, они постепенно исчезают из-за нарушения равновесия между притоком и стоком воды из озера. К числу крупнейших озер относятся: Каспийское и Аральское моря, Байкал, озера Верхнее, Гурон и Мичиган в США и Канаде, Виктория, Ньянза и Танганьика в Африке.

Еще одна часть гидросферы – подземные воды. Это все воды, находящиеся под земной поверхностью. Существуют подземные реки, свободно текущие по подземным каналам -- трещинам, пещерам. Есть также фильтрующиеся воды, просачивающиеся через рыхлые породы (песок, гравий, гальку). Самый ближний к поверхности земли горизонт подземных вод называют грунтовыми водами.

Подземные воды могут иметь атмосферное происхождение (вадозные воды). Также источником подземных вод могут быть пары воды раскаленной магмы – ювенильные воды.

Вода, попавшая в грунт, доходит до водоупорного слоя, накапливается на нем и пропитывает вышележащие породы. Так образуются водоносные горизонты, могущие служить источниками воды. Иногда водоупорный слой может создавать вечная мерзлота.

Ледники, образующие ледяную оболочку Земли (криосферу), также являются частью гидросферы нашей планеты. Они занимают площадь, равную 16 млн км². Это 1/10 часть поверхности планеты. Именно в них содержатся основные запасы пресной воды (3/4). Если бы льды, находящиеся в ледниках, вдруг растаяли, уровень Мирового океана повысился бы на 50 метров.

Ледяные массивы образуются там, где возможно не только накопление снега, выпавшего на зиму, но и сохранение его в течение лета. Со временем такой снег уплотняется до состояния льда и может закрыть собой всю местность как ледниковый покров или ледяная шапка. Места, где может происходить накопление многолетнего льда, определяются географической широтой и высотой над уровнем моря. В полярных районах граница многолетнего льда лежит на уровне моря, в Норвегии – на высоте 1,2–1,5 км над уровнем моря, в Альпах --на высоте 2,7 км, а в Африке – на высоте 4,9 км.

Гляциологи различают материковые покровы, или щиты, и горные ледники. Самые мощные материковые ледниковые покровы расположены в Антарктиде и Гренландии. В некоторых местах толщина льда достигает там 3,2 км. В некоторых местах он постепенно сползает к океану, рождая ледяные горы – айсберги. Горные ледники – это ледяные реки, спускающиеся по склонам гор, хотя их движение идет очень медленно – со скоростью от 3 до 300 м в год. При своем движении ледники меняют картину ландшафта, увлекая за собой валуны, обдирая склоны гор и обламывая при этом значительные куски породы. Продукты разрушения уносятся ледником по склону и оседают по мере его таяния.

Частью криосферы Земли помимо ледников являются твердые толщи горных пород и относительно сухие воздушные массы с отрицательной температурой, в которых естественными или искусственными путями могут создаваться условия для конденсации воды. На Земле широко распространены многолетнемерзлые грунты (вечная мерзлота), являющиеся частью криосферы планеты. Толщина таких грунтов в среднем достигает 50–100 м, а в Антарктиде – 4 км. Вечная мерзлота занимает огромные территории в Азии, Европе, Северной Америке и Антарктиде, ее общая площадь составляет 35 млн км². Вечная мерзлота возникает в местах, где среднегодовые температуры имеют отрицательные значения. В ней содержится до 2% общего объема льда на Земле.

Атмосфера

Атмосфера – это воздушная оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней. Она состоит из воздуха – смеси газов, состоящей из 78% азота, 21% кислорода, а также инертных газов, водорода, углекислого газа, паров воды, на которые приходится около 1% объема. Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и различных примесей, порождаемых геохимическими и биологическими процессами на поверхности Земли.

Масса атмосферы довольно велика и составляет 5,15 • 10¹⁸ кг. Это значит, что каждый кубический метр окружающего нас воздуха весит около 1 кг. Вес всего этого воздуха, давящего на нас, называют атмосферным давлением. Среднее атмосферное давление на поверхности Земли равно 1 атм, или 760 мм рт. ст. Это означает, что на каждый квадратный сантиметр нашего тела давит груз атмосферы массой в 1 кг. С высотой плотность и давление атмосферы быстро убывают.

В атмосфере есть районы с устойчивыми минимумами и максимумами температур и давлений. Так, в районе Исландии и Алеутских островов располагается такая область, являющаяся традиционным местом рождения циклонов, определяющих погоду в Европе. А в Восточной Сибири область низкого давления летом сменяется областью высокого давления зимой.

Неоднородность атмосферы вызывает перемещение воздушных масс – так появляются ветры. Кроме того, на направления ветров влияет вращение Земли, а также разнообразный рельеф нашей планеты. Основная масса воздуха перемещается от экватора к полюсам. В экваториальной области с ее высокими температурами обычно держится низкое давление, что вызывает подъем воздуха вверх. Обычно в этих районах господствуют штили и слабые переменные ветры. Поднимаясь, восходящие токи воздуха охлаждаются, конденсируют влагу и проливаются ливнями. После этого воздух движется на север и юг от экватора, несколько раз опускаясь и поднимаясь при этом. Охлажденный у полюсов воздух возвращается назад, к экватору.

В тропических областях преобладают восточные ветры. В Северном полушарии Земли господствуют северо-восточные пассаты, в Южном полушарии - юго-восточные пассаты. По мере удаления к полюсам начинают доминировать западные ветры. Внутри этих потоков вращаются вихри – области низкого давления. Когда они сталкиваются с воздухом, нагретым у поверхности Земли, то поднимаются вверх и порождают облака и дожди.

Атмосфера Земли имеет слоистое строение, причем слои отличаются по физическим и химическим свойствам. Важнейшими физическими свойствами являются температура и давление, изменение которых лежит в основе выделения атмосферных слоев. Таким образом, в атмосфере Земли выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.

Тропосфера – это нижний слой атмосферы, определяющий погоду на нашей планете. Его толщина – 10–18 км. С высотой падает давление и температура, опускаясь до –55°С. В тропосфере содержится основное количество водяных паров, образуются облака и формируются все виды осадков.

Облака состоят из капель воды или кристаллов льда, взвешенных в воздухе. Облака различаются по форме и высоте расположения над Землей. Метеорологи выделяют облака нижнего яруса, образующиеся не выше 2 км. На этом уровне возникают следующие виды облаков: кучевые – отдельные облака, верхние контуры которых постоянно меняют свои очертания; кучево-дождевые – они несут ливни, грозу, град, снежные заряды; слоистые – отдельные облака или широкая полоса низких серых облаков, несущие морось или изморозь; слоисто-кучевые – облака с четко очерченными краями. На высоте 2–7 км находятся облака среднего яруса, среди которых выделяют высоко-кучевые, высоко-слоистые и слоисто-дождевые облака. На высоте более 5 км располагаются облака верхнего яруса – перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые. Они похожи на птичьи перья, полосы или ленты белого цвета и состоят из ледяных кристаллов.

Следующий слой атмосферы – это стратосфера, простирающаяся до 50 км в высоту. Нижняя часть стратосферы имеет постоянную температуру, в верхней части наблюдается повышение температуры из-за поглощения солнечного излучения озоном.

Ионосфера – эта часть атмосферы начинается с высоты 50 км и состоит из ионов – электрически заряженных частиц воздуха. Ионизация воздуха происходит под действием Солнца. Ионосфера обладает повышенной электропроводностью и в силу этого отражает короткие радиоволны, позволяя осуществлять дальнюю связь.

С высоты в 80 км начинается мезосфера, роль которой состоит в поглощении озоном, водяным паром и углекислым газом ультрафиолетовой радиации Солнца.

На высоте 90–400 км находится термосфера. В ней происходят основные процессы поглощения и преобразования солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучений. На высоте более 250 км постоянно дуют ураганные ветры, причиной которых считают космические излучения.

Верхняя область атмосферы, простирающаяся от 450–800 км до 2000–3000 км, называется экзосферой. В ней содержится атомарный кислород, гелий и водород. Часть этих частиц постоянно уходит в мировое пространство.

Результатом саморегулирующихся процессов в атмосфере Земли является климат нашей планеты. Это не то же самое, что погода, которая может меняться каждый день. Погод