Глава 5
БИОСФЕРА
Представление о том, что все живые существа нашей планеты взаимодействуют с внешней средой и влияют на изменение этой среды возникло уже в конце XVII в. Однако величайшая роль жизни как решающего фактора в динамике веществ верхних горизонтов нашей планеты выяснялась постепенно, пока не стало известно, что живые организмы могут существовать только путем обмена веществ с окружающей средой. Начало учения о биосфере обычно связывают с именем знаменитого французского натуралиста Ж.Б. Ламарка (1744-1825). Ж. Ламарк, в частности, писал, что "влияние живых организмов на вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его внешнюю кору, весьма значительно, потому что эти существа, бесконечно многообразные и многочисленные, с непрерывно меняющимися поколениями, покрывают своими постепенно накапливающимися и все время отлагающимися остатками все участки поверхности Земного шара".
Определение биосферы как особой оболочки Земли и само ее название было предложено видным австрийским геологом Э. Зюс-сом в 1875г. Выдающийся натуралист и географ А. Гумбольдт (1765 - 1858) в своем пятитомном сочинении "Космос" синтезировал знания того времени о Земле и космосе и на основании этого развил идею о взаимосвязи всех природных процессов и явлений.
Согласно современным представлениям биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с данными организмами. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхние горизонты литосферы.
Атмосфера - наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космическим пространством. Она насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, которое определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.
Химический состав атмосферы (для сухого воздуха) содержит по массе: азота - 75,5 %>; кислорода - 23,2; аргона - 1,28; углекислого
67
газа - 0,046; озона - 3,6 · 10-5 и т.д. Несмотря на ничтожное количество двуокиси углерода (углекислого газа), небольшое его увеличение приводит к парниковому эффекту - опасному повышению температуры Земли (см. главу 11).
Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон О3. Для его образования необходимы свободные атомы кислорода, которые возникают при разложении молекул О под воздействием квантов излучения в ультрафиолетовой области.
Озон образуется при столкновении О + О2= О3. В то же время он поглощает ультрафиолетовую радиацию, разлагаясь на молекулярный и атомный кислород. Таким образом образование и разложение озона связаны с поглощением ультрафиолетовой радиации Солнца, которая губительна для живых организмов. Основная масса озона располагается на высоте от 10 до 50 км с максимальной концентрацией на высотах от 20 до 25 км. Озоновый слой имеет исключительное значение для сохранения жизни на Земле, однако может быть разрушен людьми (см. главу 11).
Гидросфера - водная оболочка Земли. Она находится в виде паров и облаков в земной атмосфере, формирует океаны и моря, существует в замороженном состоянии в высокогорных районах в виде мощных ледяных панцирей, покрывающих полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. В.И. Вернадский отмечал: "Все природные воды, где бы они ни находились, теснейшим образом связаны между собой и представляют единое целое".
Подавляющая часть массы природных вод (94%) слагает мировой океан объемом 1,37 млрд км3. Подземные воды составляют 4% от общего объема воды, ледники - 1,7; речные воды - 10-4; озера - 0,02; пары атмосферы - 10-3.
Земная кора - наиболее неоднородная твердая оболочка Земли, сложенная различными породами. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровича (Мохо). Эта граница находится на разных глубинах и характеризует резкий скачок в увеличении скорости сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Проходя границу Мохоровича, скорость продольных сейсмических волн увеличивается с глубиной с 6,5 до 8 км/с, поперечных волн - с 3,7 до 4,5 км/с. Под материками граница Мохоровича достигает глубины 70 км, а под океаном - 10 км.
В литературе часто применяется термин литосфера. В настоящее время под литосферой понимают более обширную, чем земная кора, область. Литосфера - это верхняя твердая оболочка Земли, имеющая большую прочность и переходящая в нижележащую астеносферу, прочность которой относительно мала. Она включает земную кору и верхнюю мантию до глубин порядка 200 км. Наиболее распространенным элементом земной коры является кислород, который
68
определяет едва ли не половину (47,3 %) массы земной коры и 92 % ее объема. Наиболее распространенные компоненты земной коры (%): SiO2 - 55,24; А12О3 - 14,55; СаО - 8,12; MgO - 5,37; FeO - 5,86; Fe2O3 - 2,42; Na2O - 2,44% K2O - 1,61;, H2O - 1,46.
69
