Реферат: Геосфера как биологическая оболочка Земли

6CO₂ + 6H₂ O → C₆ H₁₂ O₆ + 6O₂

Хло­ро­филл (фо­то­син­тез про­хо­дит с уча­сти­ем хло­ро­фил­ла, по­гло­щаю­ще­го кван­ты све­та).

На­сы­ще­ние ат­мо­сфе­ры ки­сло­ро­дом про­ис­хо­ди­ло так­же бла­го­да­ря фо­то­дис­со­циа­ции па­ров во­ды ко­рот­ко­вол­но­вым из­лу­че­ни­ем Солн­ца

H₂ O → HO + O

и га­ло­ге­ни­за­ции оки­слов ще­лоч­ных и ще­лоч­но­зе­мель­ных ме­тал­лов

Na₂ O + 2Cl → 2NaCl + O; CaO + 2F → CaF₂ + O

(га­ло­ге­на­ми яв­ля­ют­ся хлор и фтор).

В на­сы­ще­нии ат­мо­сфе­ры ки­сло­ро­дом до­ми­ни­ру­ет био­ге­нез, а аут­сай­де­ром яв­ля­ет­ся га­ло­ге­нез.

Да­ле­ко не весь ки­сло­род пе­ре­хо­дил не­по­сред­ст­вен­но в ат­мо­сфе­ру. Его мощ­ным по­гло­ти­те­лем яв­ля­лось сво­бод­ное же­ле­зо:

2Fe + O₂ → 2FeO.

Сво­бод­ное же­ле­зо ис­чез­ло из ман­тии Зем­ли око­ло 600 млн лет на­зад. Это спо­соб­ст­во­ва­ло рос­ту вы­хо­да ки­сло­ро­да в ат­мо­сфе­ру, что бла­го­при­ят­ст­во­ва­ло бы­ст­ро­му раз­ви­тию мно­го­кле­точ­ных ор­га­низ­мов.

В со­вре­мен­ных ус­ло­ви­ях вы­де­ляю­щий­ся в ман­тии ки­сло­род час­тич­но по­гло­ща­ет­ся:

3FeO + O → Fe₃ O4.

Рас­че­ты по­ка­зы­ва­ют, что че­рез 600 млн лет со­дер­жа­щее­ся в ман­тии же­ле­зо ока­жет­ся в со­стоя­нии маг­не­ти­та (Fe3O4). Маг­не­тит ус­той­чив в ман­тии, но при пе­ре­хо­де в яд­ро Зем­ли оно рас­па­да­ет­ся:

2Fe₃ O₄ → 3FeO +5O.

Сво­бод­ный ки­сло­род, не встре­чая пре­пят­ст­вий, че­рез риф­то­вые зо­ны уст­ре­мит­ся в ат­мо­сфе­ру. Это, со­глас­но рас­че­там, при­ве­дет к быс­тро­му рос­ту дав­ле­ния ат­мо­сфе­ры (10 атм), при­зем­ная тем­пе­ра­ту­ра дос­тиг­нет 250 ˚С. По­сле вски­па­ния во­ды океа­нов дав­ле­ние воз­рас­тет до 350 атм, а при­зем­ная тем­пе­ра­ту­ра дос­тиг­нет 450 ˚С. В но­вых об­стоя­тель­ст­вах жизнь ока­жет­ся не­воз­мож­ной. Ис­то­рия жиз­ни ат­мо­сфе­ры пре­рвет­ся че­рез 5 млрд лет, по­сле взры­ва Солн­ца. Ат­мо­сфе­ра не смо­жет про­ти­во­сто­ять сол­неч­но­му из­лу­че­нию и бу­дет им ис­па­ре­на.

3. Геосферные оболочки их строение.

Зем­ных обо­ло­чек, или гео­сфер, вы­де­ля­ют очень мно­го.

Внут­рен­нее яд­ро Зем­ли пред­став­ля­ет со­бой шар диа­мет­ром 2500 км и име­ет кри­стал­ли­че­скую струк­ту­ру. Сейс­мо­ло­ги за­ме­ти­ли, что вол­ны зем­ле­тря­се­ний, про­бе­гаю­щие пла­не­ту от края до края, за­тра­чи­ва­ют на свой путь в за­ви­си­мо­сти от его на­прав­ле­ния раз­лич­ные про­ме­жут­ки вре­ме­ни. Это об­стоя­тель­ст­во со­гла­су­ет­ся с рас­че­та­ми, ко­то­рые по­ка­зы­ва­ют, что внут­рен­нее яд­ро Зем­ли, яв­ля­ясь кри­стал­лом, об­ла­да­ет ани­зо­троп­ны­ми свой­ст­ва­ми, оно про­пус­ка­ет сейс­ми­че­ские вол­ны в од­ном на­прав­ле­нии с боль­шей ско­ро­стью, чем в дру­гом. Ра­зу­ме­ет­ся, речь идет о весь­ма спе­ци­фи­че­ском кри­стал­ле. Его тем­пе­ра­ту­ра пре­вы­ша­ет 4000 ˚С, но бла­го­да­ря ги­гант­ско­му дав­ле­нию он со­хра­ня­ет свою кри­стал­ли­че­скую при­ро­ду. Внут­рен­нее яд­ро Зем­ли бо­лее чем на 90% со­сто­ит из же­ле­за.

Аме­ри­кан­ские гео­фи­зи­ки Ро­нальд Ко­хен и Ларс Штих­ру­де опуб­ли­ко­ва­ли эту ги­по­те­зу в на­уч­ном жур­на­ле «Science» (США). Они пи­шут, что ги­по­те­за мо­жет объ­яс­нить мно­гие свой­ст­ва на­шей пла­не­ты, ка­жу­щие­ся по­ка за­га­доч­ны­ми. На­при­мер, не­ко­то­рые осо­бен­но­сти маг­нит­но­го по­ля или по­ве­де­ние во вре­мя пе­ре­по­лю­сов­ки, т.е. ко­гда Се­вер­ный маг­нит­ный по­люс ста­но­вит­ся Юж­ным и на­обо­рот, что бы­ва­ло не­од­но­крат­но.

Ги­по­те­зе о сверх­кри­стал­ле внут­ри пла­не­ты (ав­то­ры срав­ни­ва­ют его с брил­ли­ан­том в цен­тре Зем­ли) при­влек­ла вни­ма­ние сейс­мо­ло­гов, ко­то­рые за­ме­ти­ли, что вол­ны зем­ле­тря­се­ний за­тра­чи­ва­ют на свой путь на 4 се­кун­ды боль­ше, не­же­ли сейс­ми­че­ские вол­ны, иду­щие от по­лю­са до по­лю­са.

Рас­че­ты гео­фи­зи­ков по­ка­за­ли, что кри­сталл, ио­ны ко­то­ро­го рас­по­ло­же­ны в гек­са­го­наль­ной струк­ту­ре и плот­но при­жа­ты друг к дру­гу, про­пус­ка­ют че­рез се­бя сейс­ми­че­ские ко­ле­ба­ния, иду­щие свер­ху или сни­зу, с боль­шей ско­ро­стью, не­же­ли вол­ны, про­хо­дя­щие с бо­ко­вых на­прав­ле­ний. Всем кри­стал­лам при­су­ща ани­зо­тро­пия: их фи­зи­че­ские свой­ст­ва раз­лич­ны по раз­ным на­прав­ле­ни­ям. Вдоль оси или по­пе­рек нее кри­сталл про­во­дит те­п­ло­вые и зву­ко­вые ко­ле­ба­ния по-раз­но­му. Ес­ли бы зем­ное яд­ро со­стоя­ло из мно­же­ст­ва кри­стал­лов, ани­зо­тро­пия бы­ла бы по­га­ше­на раз­но­ори­ен­ти­ро­ван­ны­ми кри­стал­ла­ми. Но опы­ты Р. Ко­хе­на и Л. Штих­ру­де от­чет­ли­во по­ка­за­ли про­яв­ле­ние ани­зо­тро­пии. Зна­чит, мож­но го­во­рить о том, что внут­рен­не яд­ро Зем­ли - еди­ный, це­лый кри­сталл.

Внеш­нее яд­ро Зем­ли на­хо­дит­ся в жид­ком со­стоя­нии (в нем за­ту­ха­ют по­пе­реч­ные вол­ны) и в ос­нов­ном со­дер­жит же­ле­зо, его окис­лы, а так­же при­ме­си бо­лее лег­ких ве­ществ - крем­ния, се­ры.

Же­лез­ная со­став­ляю­щая яд­ра Зем­ли от­вет­ст­вен­на за зем­ной маг­не­тизм. А энер­гич­ное кон­век­тив­ное дви­же­ние внут­ри внеш­не­го яд­ра объ­яс­ня­ет не­од­но­крат­ные из­ме­не­ния маг­нит­ной по­ляр­но­сти на­шей пла­не­ты, о чем сви­де­тель­ст­ву­ют па­лео­маг­нит­ные дан­ные. Древ­ние по­ро­ды «за­по­ми­на­ют», фик­си­ру­ют на­прав­лен­ность маг­нит­но­го по­ля Зем­ли. Ис­сле­до­ва­ния этих по­род по­ка­зы­ва­ют, что се­вер­ный и юж­ный маг­нит­ный по­лю­са не­од­но­крат­но ме­ня­лись мес­та­ми.

Ман­тия Зем­ли , рас­по­ло­жен­ная от по­дош­вы зем­ной ко­ры вплоть до по­верх­но­сти яд­ра, на­хо­дя­ще­го­ся на глу­би­не 2900 км, глав­ным об­ра­зом со­сто­ит из оки­слов крем­ния, маг­ния и же­ле­за. Ве­ще­ст­во ман­тии на­хо­дит­ся в жид­ком со­стоя­нии, но вяз­кость его очень вы­со­ка. Для всей ман­тии ха­рак­тер­ны ин­тен­сив­ные кон­век­тив­ные дви­же­ния, обу­слав­ли­ваю­щие сме­ще­ние ли­то­сфер­ных плит и при­во­дя­щие к из­вер­же­нию на по­верх­ность Зем­ли вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных (ок. 1300 ˚С) лав - ман­тий­но­го ве­ще­ст­ва.

Бли­жай­шие к по­верх­но­сти Зем­ли слои ман­тии - это ли­то- и ас­те­но­сфе­ра . Ли­то­сфе­ра со­сто­ит из плит, ко­то­рые при от­сут­ст­вии внеш­них воз­дей­ст­вий дли­тель­ное вре­мя со­хра­ня­ют свою фор­му. Как пра­ви­ло, рас­пола­гаю­щее­ся под ли­то­сфер­ны­ми пли­та­ми ве­ще­ст­во ас­те­но­сфе­ры час­тич­но раз­мяг­че­но и под дав­ле­ни­ем де­фор­ми­ру­ет­ся, те­чет.

Де­фор­ми­руе­мость ас­те­но­сфе­ры до­пус­ка­ет сколь­же­ние по ней ли­то­сфер­ных плит. Пе­ре­ме­ще­ние ли­то­сфер­ных плит, круп­ней­шие из ко­то­рых Ти­хо­оке­ан­ская, Се­ве­ро­аме­ри­кан­ская, Юж­но­аме­ри­кан­ская, Аф­ри­кан­ская, Ев­роа­зи­ат­ская, Ин­до­ав­ст­ра­лий­ская и Ан­тарк­ти­че­ская, со­став­ля­ют еди­ни­цы сан­ти­мет­ров (око­ло 3 см) в год, од­на­ко за мил­лио­ны лет им уда­ва­лось пре­одо­ле­вать пу­ти в ты­ся­чи ки­ло­мет­ров. Со­при­ка­са­ясь, ли­то­сфер­ные пли­ты взаи­мо­дей­ст­ву­ют друг с дру­гом и про­хо­дят во вра­ще­ние. Су­ще­ст­ву­ет весь­ма тща­тель­но раз­ра­бо­тан­ные гло­баль­ные ки­не­ма­ти­че­ские мо­де­ли со­вре­мен­но­го от­но­си­тель­но­го дви­же­ния ли­то­сфер­ных плит. Мощ­ность (тол­щи­на) ли­то­сфер­ных плит со­став­ля­ет от 2 до 100 км.

Зем­ная ко­ра - внеш­няя обо­лоч­ка Зем­ли, тол­щи­ной ме­нее 10 км под океа­на­ми, но бо­лее 25 км под ма­те­ри­ка­ми. Об­ра­зу­ет­ся за счет дви­же­ния ли­то­сфер­ных плит, раз­ру­ше­ния и вы­вет­ри­ва­ния гор­ных по­род и осад­ка на­ко­п­ле­ний. Океа­ни­че­ская ко­ра со­сто­ит в ос­нов­ном из ба­заль­та - по­род вул­ка­ни­че­ско­го про­ис­хо­ж­де­ния, в ко­то­рых пре­об­ла­да­ет по­ле­вой шпат и пи­рок­сен. Кон­ти­нен­таль­ная ко­ра сло­же­на глав­ным об­ра­зом из гра­ни­тов и маг­ма­ти­че­ских по­род, со­дер­жа­щих пре­иму­ще­ст­вен­но кварц, каль­цие­вый по­ле­вой шпат, кис­лый пла­ги­ок­лаз и слю­ду. Плот­ность океа­ни­че­ской ко­ры боль­ше, чем плот­ность кон­ти­нен­таль­ной ко­ры. Мак­си­маль­ная кон­тра­ст­ность рель­е­фа оп­ре­де­ля­ет­ся тек­то­ни­че­ской ак­тив­но­стью Зем­ли и дос­ти­га­ет 16 - 17 км. Со вре­ме­нем не­ров­но­сти рель­е­фа умень­ша­ют­ся, «рас­те­ка­ют­ся» в след­ст­вие дей­ст­вия на зем­ную ко­ру гра­ви­та­ци­он­ных сил. По этой при­чи­не пе­ре­па­ды вы­сот в та­ких древ­них гор­ных поя­сах как, на­при­мер, Ураль­ские го­ры, не пре­вы­ша­ет 2 км.

Гид­ро­сфе­ра со­сто­ит из вод океа­нов, мо­рей, озер, рек, под­зем­ных ис­точ­ни­ков и ма­те­ри­ко­вых льдов, а так­же во­ды, со­дер­жа­щие­ся в свя­зан­ном со­стоя­нии в гид­ро­си­ли­ка­тах. Боль­шая часть гид­ро­сфе­ры (око­ло 63%) со­сре­до­то­че­на в Ми­ро­вом океа­не. На пре­сные во­ды су­ши при­хо­дит­ся не более 0,05% всех вод, со­сре­до­то­чен­ных в верх­них гео­сфе­рах Зем­ли (21,73 10²⁰ кг). Сред­няя глу­би­на океа­на 3711 м, а наи­боль­шая 11022 м (Ма­ри­ан­ский же­лоб в Ти­хом океа­не). Сред­няя го­до­вая тем­пе­ра­ту­ра по­верх­но­сти вод океа­на 17,5 ˚С. Ми­ро­вой оке­ан за­ни­ма­ет 70,8% зем­ной по­верх­но­сти. В океа­ни­че­ской во­де рас­тво­ре­ны ед­ва ли не все эле­мен­ты таб­ли­цы Мен­де­лее­ва, пре­об­ла­да­ет хлор (19,35%) и на­трий (10,76%).