Глава 4. 0. Атмосфера и гидросфера.

 

Атмосфера представляет собой газовую оболочку Земли, а гидросфера – это прерывистая водная оболочка, состоящая из океанов, морей, озер, рек, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова, расположенная на поверхности Земли. В нижней части атмосферы и в гидросфере располагается биосфера. Атмосфера и гидросфера ответственны за многие геологические экзогенные процессы.

Состав атмосферы. Воздух вблизи земной поверхности состоит (без водяного пара) из 78% по объему (76% по массе) азота и 21% по объему (23% по массе) кислорода. 1% почти полностью представлен аргоном. Все другие составляющие сухого воздуха, а это – гелий (Не), неон (Ne), метан (СН₄), водород (Н₂), оксид азота (NO₂), диоксид серы (SO₂), радон (Rn), аммиак (NH₃, озон (О₃) содержатся в ничтожных количествах. Воздух может содержать также частицы, попадающие в него при извержениях вулканов, лесных пожарах и за счет техногенной деятельности человека. Особенно опасны аэрозоли от окисления газов, содержащих серу, хлорфторуглероды. Хорошо известны кислотные дожди, возникающие за счет промышленной деятельности человека. Наибольшая концентрация твердых частиц и аэрозолей наблюдается в приземных слоях атмосферы и на высотах 14 - 25 км в так называемом слое Юнга.

 

Строение атмосферы характеризуется наличием целого ряда сфер, выделяющихся на основании изменения температуры (рис. 4.1). Тропосфера –это нижний слой атмосферы до10кмвысотой с постоянным падением температуры примерно на 0,6°С на 100 м высоты. На верхней границе тропосферы выделяется слой постоянных температур – тропопауза (1-2км).Выше,до высот50-55кмрасполагается стратосфера, в которой наблюдается рост температур до верхней ее границы – стратопаузы, где температура почти такая же, как у поверхности Земли, что связано с поглощением солнечного излучения озоном.

 

Рис. 4.1. Строение атмосферы. На высотах 17 - 26 км располагается озоновый слой (О ₃), задерживающий ультрафиолетовое излучение

 

Водяной пар содержится в стратосфере в ничтожных количествах, но на высоте около 25 км присутствуют переохлажденные капельки воды, образующие тонкие перламутровые облака.

 

Над стратопаузой до высоты в 80 км находится мезосфера, в которой температура снова понижается до -100°С и венчается слой, с давлением воздуха в 100 раз меньшим, чем у поверхности Земли – мезопаузой. В этих 3-х слоях заключено 99,5% всей массы атмосферы.

 

Выше мезопаузы располагается термосфера, в которой температура сновав резко повышается до +1200-1500°С на высотах в 250 км, а верхняя граница термосферы находится на уровне 800-1000 км, выше которого выделяется экзосфера или сфера ускользания газов. Космические исследования показали, что еще до высот в 20 000 км простирается т.н. земная корона, в которой на 1 см³ приходится около 1000 частиц газа.

 

Климат Земли определяется атмосферной циркуляцией, теплооборотом и влагооборотом, а также и астрономическими факторами – наклоном оси вращения Земли

к плоскости эклиптики, светимостью Солнца и т.д. Климат, присущий отдельно взятому региону, определяется рядом факторов: географической широтой, наличием морей и суши, рельефом, растительностью, ледовым покровом и другими. От климата зависит характер выветривания и другие экзогенные геологические процессы.

Гидросфера – это прерывистая оболочка Земли от распространения воды в атмосфере, до нижней границы подземных вод. Водяной пар содержится в атмосфере от 0,2% в высоких широтах до 4% в тропическом экваториальном поясе и постоянно поступает в атмосферу при испарении воды с поверхности водоемов, почвы, а также растительностью (транспирация). Вода Мирового океана покрывает 71% поверхности

 

Земли (361 млн. км²), если сюда присоединить все остальные водоемы, то – 383 млн. км², с учетом зимнего снежного покрова – 443 млн. км², т.е. 83% площади поверхности земного шара (рис. 4.2).

 

 

Рис. 4.2. Распределение воды на Земле

 

 

Роль океанов заключается и в том, что их вода, будучи теплее в среднем, чем атмосфера, на 3°С, непрерывно обогревают последнюю, имея запас тепла в 21 раз больше, чем в атмосфере. Между атмосферой и гидросферой все время осуществляется сбалансированный обмен теплом.

 

На Земле происходит постоянный и хорошо известный круговорот воды, включающий в себя океаническое и материковое звенья, которые связаны друг с другом, т.к. водяной пар переносится с океана на сушу и, наоборот, а также поверхностным и подземным стоком с суши в океан. Водяной пар, переносимый с океана на сушу составляет 47 км³, в то время как с поверхности Мирового океана ежегодно испаряется

 

505 тыс. км³ воды, а возвращается атмосферными осадками 458 тыс. км³. На поверхность суши ежегодно выпадает 119 тыс. км³ осадков. Поверхностный сток суши составляет 44,7 тыс. км³/год, а подземный – 2,2 тыс. км³/год, из них водный сток рек – 41,7 тыс. км³/год, а ледниковый сток – 3,0 тыс. км³/год. Естественно, что ледниковый сток Антарктиды больше всего. Атмосферные осадки в каждом конкретном районе суши складываются из влаги, испарившейся в этом районе и влаги, привнесенной извне.

Глава 5.0. ВЫВЕТРИВАНИЕ.

 

Большинство геологических процессов на поверхности Земли обусловлены действием солнечной энергии и силы тяжести. Такие процессы называются экзогенными. Все горные породы под воздействием целого ряда факторов постепенно разрушаются – выветриваются. Образовавшиеся мелкие обломки–дресва,песок,глина смываютсядождем, водными потоками, т.е. перемещаются. Этот процесс называется денудацией (денудо – смыв, лат.). В дальнейшем весь рыхлый материал где-то накапливается – происходит его аккумуляция. Процесс разрушения первоначально монолитных горных пород – выветривание является очень важным в ряду выветривания, денудации и аккумуляции. Приходя в контакт в поверхностной части Земли с атмосферой, гидросферой и биосферой горные породы, ранее находившиеся на глубине, подвергаются изменению своего состояния, нарушению сплошности и, наконец, дезинтеграции, разрушению на мелкие частицы.

Какие же процессы приводят к выветриванию горных пород? Прежде всего это физическое, механическое разрушение, а также химическое и биохимическое разложение минералов и горных пород. Воздействие этих факторов усиливается тем, что как в магматических, так и в осадочных породах, всегда присутствуют первичные трещины или трещины отдельности, возникшие при сокращении объема породы, после ее остывания или образования. Следовательно, увеличивается площадь соприкосновения породы с воздухом и водой, в трещины легко проникают корни растений (рис. 5.1) Механическое разрушение породы связано, как

 

 

Рис. 5.1. Увеличение поверхности выветривания породы по мере ее растрескивания

 

 

с особенностями состава и строения самой породы, так и внешними воздействиями. Первичные трещины в породах, по мере эрозии залегающих выше толщ, высвобождают усилия давления и расширяются, разрушая материнские породы.

Однако, наиболее существенным физическим фактором, вызывающим дезинтеграцию пород, являются температурные колебания, как суточные, так и сезонные.

 

Темная поверхность горной породы летом может нагреваться до +60°С, а в пустынях и выше. В тоже время внутренняя часть породы гораздо холоднее. Ночью температура

падает, а днем снова возрастает. Так происходит температурное «раскачивание» не только разных частей породы, но и ее минеральных составляющих, особенно в полиминеральных породах, таких как граниты, гнейсы, лавы с крупными кристалликами-вкрапленниками. Разные минералы обладают различными коэффициентами объемного расширения, причем даже в одном минерале этот коэффициент меняется в зависимости от направления. Расширяясь и сжимаясь в разной степени минералы провоцируют микронапряжения в горной породе, которые расшатывают ее «скелет» и она рассыпается на мелкие обломки – дресву.

Когда поверхность горных пород в каком-либо обнажении нагревается сильнее внутренних частей и, соответственно, расширяется больше, то наблюдается отслаивание, шелушение породы параллельно поверхности обнажения. Такой процесс называется десквамацией.