Сферы Земли. Описание

Изображения на рис. 1.10 считаются классическими, потому что они позволяют человечеству увидеть Землю иначе, чем когда-либо прежде. Эти ранние виды глубоко изменили наши представления о Земле и остаются мощными изображениями спустя десятилетия после того, как их впервые увидели. Из космоса Земля захватывает дух своей красотой и поражает своим одиночеством. Фотографии напоминают нам, что наш дом, в конце концов, планета — маленькая, самодостаточная и в некотором смысле даже хрупкая.

Билл Андерс, астронавт Аполлона-8, сделавший фотографию «Восход Земли», выразил это так: «Мы проделали весь этот путь, чтобы исследовать Луну, и самое главное, что мы открыли Землю».

Когда мы внимательно смотрим на нашу планету из космоса, становится ясно, что Земля — это нечто большее, чем просто скалы и почва. На самом деле, наиболее заметные детали на рис. 1.10 — это не континенты, а закрученные облака, висящие над поверхностью огромного мирового океана. Эти детали подчеркивают важность воды на нашей планете.

Рис. 1.10. Два классических вида Земли из космоса. (Фото слева предоставлено штаб-квартирой NASA; фото справа предоставлено NASA/Космическим центром Джонсона)

Более детальный вид Земли из космоса, показанный на рис. 1.10, помогает нам понять, почему физическая среда традиционно делится на три основные сферы: водную часть нашей планеты, гидросферу; газовую оболочку Земли, атмосферу; и, конечно же, твердую Землю, или геосферу.

Следует подчеркнуть, что наша окружающая среда высоко интегрирована и не доминирует только скала, вода или воздух. Вместо этого она характеризуется непрерывным взаимодействием, поскольку воздух контактирует со скалой, скала с водой и вода с воздухом. Более того, биосфера, совокупность форм жизни на нашей планете, простирается в каждую из трех физических сфер и является одинаково неотъемлемой частью планеты. Таким образом, Землю можно рассматривать как состоящую из четырех основных сфер: гидросферы, атмосферы, геосферы и биосферы.

Взаимодействия между сферами окружающей среды Земли неисчислимы. Рис. 1.11 дает простой для визуализации пример. Береговая линия является очевидным местом встречи скалы, воды и воздуха. В этой сцене океанские волны, которые были созданы сопротивлением воздуха, движущегося по воде, разбиваются о скалистый берег. Сила воды может быть мощной, а выполненная эрозионная работа может быть большой.

Рис. 1.11. Взаимодействие между сферами Земли. Береговая линия считается интерфейсом — общей границей, где взаимодействуют различные части системы. В этой сцене океанские волны (гидросфера), которые были созданы силой движущегося воздуха (атмосферы), разбиваются о скалистый берег (геосферу)

Гидросфера. Землю иногда называют голубой планетой или, как мы видели на рисунке 1.10, «Голубым шариком». Вода больше, чем что-либо другое, делает Землю уникальной. Гидросфера — это динамическая масса воды, которая постоянно находится в движении, испаряясь из океанов в атмосферу, выпадая на сушу и снова возвращаясь в океан. Мировой океан, безусловно, является самой заметной частью гидросферы, покрывая почти 71 процент поверхности Земли на средней глубине около 3800 метров (12 500 футов). На его долю приходится около 97 процентов воды Земли (рис. 1.12). Однако гидросфера также включает в себя пресную воду, находящуюся под землей и в ручьях, озерах и ледниках. Более того, вода является важным компонентом всех живых существ.

Рис. 1.12. Вода. Распределение воды в гидросфере

Хотя эти последние источники составляют лишь малую часть от общего количества, они гораздо важнее, чем показывают их скудные проценты. Помимо обеспечения пресной водой, которая так важна для жизни на суше, ручьи, ледники и грунтовые воды отвечают за формирование и создание многих разнообразных форм рельефа нашей планеты.

Атмосфера. Земля окружена животворной газообразной оболочкой, называемой атмосферой (рис. 1.13). Когда мы наблюдаем, как реактивный самолет на большой высоте пересекает небо, кажется, что атмосфера простирается вверх на большое расстояние.

Рис. 1.13. Атмосфера является неотъемлемой частью планеты

Однако, по сравнению с толщиной (радиусом) твердой Земли (около 6400 километров [4000 миль]), атмосфера является очень неглубоким слоем. Несмотря на свои скромные размеры, этот тонкий слой воздуха, тем не менее, является неотъемлемой частью планеты. Он не только обеспечивает нас воздухом, которым мы дышим, но и защищает нас от опасного ультрафиолетового излучения Солнца.

Обмены энергией, которые постоянно происходят между атмосферой и поверхностью Земли, а также между атмосферой и космосом, производят эффекты, которые мы называем погодой и климатом. Климат оказывает сильное влияние на характер и интенсивность процессов на поверхности Земли. Когда климат меняется, эти процессы реагируют.

Если бы, как и у Луны, у Земли не было атмосферы, наша планета была бы безжизненной, потому что многие процессы и взаимодействия, которые делают поверхность таким динамичным местом, не могли бы работать. Без выветривания и эрозии облик нашей планеты мог бы больше напоминать поверхность Луны, которая существенно не изменилась за много лет.

Биосфера. Биосфера включает в себя всю жизнь на Земле (рис. 1.14). Океаническая жизнь сосредоточена в освещенных солнцем поверхностных водах моря. Большая часть жизни на суше также сосредоточена вблизи поверхности, причем корни деревьев и роющие животные достигают нескольких метров под землей, а летающие насекомые и птицы достигают километра или около того над поверхностью. Удивительное разнообразие форм жизни также адаптировано к экстремальным условиям.

Например, на дне океана, где давление экстремально и свет не проникает, есть места, где жерла выбрасывают горячие, богатые минералами жидкости, которые поддерживают сообщества экзотических форм жизни. На суше некоторые бактерии процветают в скалах на глубине до 4 километров (2,5 мили) и в кипящих горячих источниках. Более того, воздушные потоки могут переносить микроорганизмы на многие километры в атмосферу. Но даже если мы рассматриваем эти экстремальные условия, жизнь все равно следует рассматривать как ограниченную узкой полосой очень близко к поверхности Земли.

Рис. 1.14. Биосфера. Биосфера, одна из четырех сфер Земли, включает в себя всю жизнь

Растения и животные зависят от физической среды для основ жизни. Однако организмы не просто реагируют на свою физическую среду. Благодаря бесчисленным взаимодействиям формы жизни помогают поддерживать и изменять свою физическую среду. Без жизни состав и природа геосферы, гидросферы и атмосферы были бы совсем другими, чем они есть.

Геосфера. Под атмосферой и океаном находится твердая Земля, или геосфера. Геосфера простирается от поверхности до центра планеты, на глубину 6400 километров [4000 миль], что делает ее самой большой из четырех сфер Земли. Большая часть нашего изучения твердой Земли сосредоточена на более доступных особенностях поверхности. К счастью, многие из этих особенностей представляют собой внешние выражения динамического поведения недр Земли. Изучая наиболее заметные особенности поверхности и их глобальную протяженность, мы можем получить ключи к динамическим процессам, которые сформировали нашу планету. В следующем разделе этой главы впервые рассматривается структура недр Земли и основные особенности поверхности геосферы.

Почва, тонкий слой материала на поверхности Земли, который поддерживает рост растений, может рассматриваться как часть всех четырех сфер. Твердая часть представляет собой смесь выветренных обломков горных пород (геосфера) и органического вещества из разложившейся растительной и животной жизни (биосфера). Разложившиеся и дезинтегрированные обломки горных пород являются продуктом процессов выветривания, для которых требуются воздух (атмосфера) и вода (гидросфера). Воздух и вода также занимают открытые пространства между твердыми частицами.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам геологических специальностей, профессиональным геологам-тектонистам, специалистам в области геодинамики и региональной геологии, а также всем, кто интересуется фундаментальными процессами формирования и эволюции земной коры.