УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЛЕКЦИЯ

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЛЕКЦИЯ 4: «ЛИТОСФЕРА»

ПЛАН ЛЕКЦИИ: • 1. Понятие «литосфера» . • 2. Строение литосферы. • 3. Горные породы. • 4. Почва. • 5. Состав почв. • 6. Антропогенное воздействие на почвы.

Литосфера (от греч. lithos — камень, sphaire — шар) — верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества Включает в себя земную кору и часть верхней мантии Земли.

Строение литосферы • Характерная особенность верхней мантии — ее расслоенность, установленная геофизическими методами исследований. На глубине около 100 км под материками и 50 км под океанами ниже подошвы земной коры находится ас теносфера(от греч. asthenes — слабый, sphaire — шар).

Выше астеносферы породы мантии находятся в твердом со стоянии и совместно с земной корой образуют литосферу. Мощность литосферы составляет 50— 200 км, в том числе земной коры — до 75 км на континен тах и 10 км под дном океана.

Кора выветривания - верхняя часть земной коры, постоянно видоизменяемая под влиянием механического и химического воздействий под влиянием климатических факторов, растений и животных. Русский геохи мик и минералог А. Е. Ферсман предложил среднее содержа ние химических элементов в земной коре называть кларками.

. Кларки наиболее распространенных химических элементов Химический элемент Кларк, % наименова ни сим вол е Кислород О 46, 6— 49, 1 Натрий Na 2, 01— 2, 83 Кремний Si 26, 0— 29, 5 Калий К 2, 35— 2, 59 Алюминий А 1 7, 45— 8, 14 Магний Mg 1, 79— 2, 35 Железо Fe 4, 20— 5, 00 Водород Кальций Са 2, 71— 3, 63 ИТОГО Н до 1 более 99%

Более чем на 80% зем ная кора состоит из кислорода, кремния и алюминия. Менее всего земная кора содержит инертных газов — гелия, неона и радона. Кларки химических элементов в современных горных по родах в среднем в 1 м 3 содержится железа 130 кг, алюминия 230 кг, меди 0, 26 кг, олова 0, 1 кг. Участки, где фактическое содержание того или иного химического элемента значительно выше его кларкового зна чения геологи исследуют с целью поиска мес торождений полезных ископаемых.

Минералы. • Химические элементы земной коры образуют естественные соединения, состоящие из одного, но чаще всего из нескольких элементов. • Минералы (от лат. minera — руда) — однородные по составу, внутренней структуре и свойствам твер дые химические соединения. • Известно более 3 тыс. минералов, большинство из которых являются кристаллами и обычно имеют форму многогранни ков. • В строении земной коры существенную роль играют всего несколько десятков минералов, называемых породообразую щими. Наиболее распространены из них — полевые шпаты (55%), иные силикаты (15%), кварц (12%), различные виды слюды (3%), магнетит и гематит (3%). •

Горные породы. В земной коре минералы группируются в естественные ассоциации — горные породы. Горные породы это природная совокупность минералов, слагающих земную кору. Выделяют магма тические, осадочные и метаморфические породы.

Магматические (изверженные) горные породы. Образуются при остывании расплавленных магм, поднимающихся из глубин Земли к ее поверхности. Различают глубинные породы если магма застыла на глубине, и излившиеся если остывание произошло уже на поверхности. Магматические породы состоят преимущественно из силикатов и алюмосиликатов, наиболее важными компонентами которых являются кремнезем (Si. O 2) и глинозем (А 12 О 3).

Большая часть земной коры состоит из магматических пород. Чаще всего они покрыты другими породами и отложениями, и на поверхность выходят редко. Самые распространённые горные породы: базальт, гранит, драгоценные камни, руды металлов, вулканический туф.

ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ. • Они образуются путем переотложения на поверхности Земли или на дне морей, озер, болот, рек продуктов разрушения различных коренных пород. • Ими покрыто более 75% поверхности континентов. Осадочные породы накапливались и уплотнялись иногда мил лионы лет. • Эти процессы сопровождались образованием таких важнейших полезных ископаемых, как нефть и природный газ, уголь, железо, алюминий, золото и др. • В зависимости от происхождения осадочные породы делят на обломочные, глинистые, химические и биохимические.

• В зависимости от происхождения осадочные породы делят на: • обломочные, • глинистые, • химические и • биохимические.

ОБЛОМОЧНЫЕ ПОРОДЫ • Это продукты механического разрушения коренных горных пород. • Их классифицируют по размерам обломков (в мм): • грубообломочные породы более 1 • песчаные породы 0, 1 — 1, 0 • алевритовые фракции 0, 01— 0, 1

ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ. • Они состоят из мельчайших минеральных частиц размерами менее 0, 01 мм и содержат свыше 30% тонкодисперсных частиц размером менее 0, 001 мм. • По минеральному составу глины резко отличаются от типичных обломочных пород, они состоят преимущественно из кремнезема и глинозема.

ХИМИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ. • Они образуются в результате химических реакций или выпаривания, либо при косвенном участии биологических организмов, а также при концентрации их тел и скелетов. • К данной группе относятся такие широко известные породы, как бокситы, фосфориты, бурые железняки, известняки, мел, доломиты, гипс, бурые и ка менные угли, горючие сланцы и др.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ. • Образуются путем глубокого преобразования магматических и «садочных пород под действием огромных давлений и высоких температур на большой глубине. • В результате получаются породы, отличающиеся от исходных минералогическим составом. • К метаморфическим породам относятся твердые глинистые и слюдянистые сланцы (получающиеся из мягкой сланцевой глины), мрамор (из известняков), кварциты (из песчаников), яшмы, серпентиниты (из ультраосновных пород) и др.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ. • Взаимное расположение и очертание континентов и океанского дна постоянно изменяются. • В пределах верхних оболочек Земли происходит непрерывная постепенная замена одних пород другими, называемая большим круговоротом вещества. • Геологические процессы образования и разрушения гор являются величайшими энергетиче скими процессами в биосфере Земли.

УЧЕНИЕ О ПОЧВЕ • На поверхности коры выветривания формируется почвенный покров — основа земельного фонда биосферы. Он представляет собой самостоятельную земную оболочку — педосферу. • Почва — особое органоминеральное естественно историческое природное образование, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы при совместном взаимообуславливающем воздействии гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов в различных условиях климата и рельефа в гравитационном поле Земли.

• Основателем современного почвоведения является русский ученый В. В. Докучаев. • Им впервые сформулировано понятие о почве как об особом естественно историческом теле, • разработаны методы изучения и картографирования почв, • заложены основы их генетической классификации. • В. В. Докучаев предложил рассматривать почву как динамическую, а не инертную среду, открыл основные закономерности географического рас пространения почв.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВЫ • Твердая часть почвы состоит из минеральных и органических веществ. • Минеральный состав определяется составом почвообразующих пород, возрастом почвы, особенностями рельефа, климата и т. д. • В состав минеральной части почвы входят Si, Аl, Fe, К, Na, Mg, Ca, P, S, некоторые микроэлементы Сu, Мо, J, В, F, РЬ и др. • Подавляющее большинство химических элементов в почве находится в окисленной форме: Si. O 2, A 12 O 3, Fе 2 О 3, К 2 О, Na 2 O, Mg. O, Ca. O.

• В почвах распространены также cоли угольной, серной, фосфорной, хлористоводородной и дру гих кислот. • На основных породах почва более богата Al, Fe, щелочноземельными и щелочными металлами, • На породах кислого состава — Si. • В засоленных почвах преобладают хлориды и сульфаты кальция, магния, натрия.

ОРГАНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ • Формируется из соединений, содержащихся в большом количестве в растительных и животных остатках. • Это белки, углеводы, органические кислоты, жиры, лигнин, дубильные вещества и др. 10— 15% от всей массы органического вещества в почве. • При разложении органических веществ содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям. • Органические вещества играют важную роль в почвообразовании, определяют величину поглотительной способности почв, воздействуют на структуру верхних горизонтов почвы и ее физические свойства.

• Не полностью разложившиеся остатки органики называют подстилкой • Конечный продукт разложения, в котором невозможно различить первоначальный материал, — гумусом. • Гумус — аморфное органическое вещество почвы, образующееся в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов, причем утратившее тканевую структуру.

• По химическому составу — это сложная смесь разнообразных органических молекул. • Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гумина и ульмина; имеет цвет от темно бурого до черного. • По агрегатному состоянию гумус похож на глину; и то и другое находится в коллоидном состоянии. Отдельные его частицы прочно прилипают к глине, образуя глино гумусовый комплекс. Гумуса в верхних горизонтах почвы содержится от десятых долей до 18% (в черноземных почвах), а мощность гумусовых горизонтов от нескольких сантиметров до 1, 5 м.

Гумификация • Одновременно с гумификацией многие жизненно важные элементы переходят из органических соединений в неорганические, например, азот в ионы аммония (NH+4), фосфор в орто фосфат ионы (Н 2 РО 4), сера в сульфат ионы (SO 2 4), т. е. идет процесс минерализации. Углерод высвобождается в процессах дыхания и в виде СО 2 поступает в атмосферу.

АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОЧВЫ • Основные виды антропогенного воздействия на почвы следующие: • 1) эрозия (ветровая и водная); • 2) загрязнение; • З) вторичное засоление и заболачивание; • 4) опустынивание; • 5) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.

• Эрозия почв (от лат. егоsio — разъедание) — разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). • Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными. • К эрозионным процессам относят также промышленную эрозию (разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной пастьбе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др.

• Водной эрозии подвержены 31 % суши. • Ветровая эрозия (дефляция), активно действующая на 34% поверхности суши. • В США эродировано, т. е. подвержено эрозии, 40% всех сельскохозяйственных земель. • В засушливых районах мира больше — 60% от общей площади, из них 20% сильно эродированы.

• Пыльные бури возникают при очень сильных и продолжительных ветрах. Скорость ветра достигает 20—ЗО м/с и более. Уносят самый плодородный верхний слой почв; они способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1 га пашни. • В нашей стране пыльные бури неоднократно возникали в Нижнем Поволжье, на Северном Кавказе, в Башкирии и в других районах. • Крупнейший источник пыли — Арал. Общая масса переносимой ветром пыли в районе Арала достигает 90 млн. т в год. • Крупный пылевой очаг в России — Черные земли Калмыкии.

Пыльная буря в Калмыкии Пыльная буря в Африке

• Различают следующие формы водной эрозии: плоскостную, струйчатую, овражную, береговую. • значительный вред окружающей природной среде и в первую очередь почвам приносит овражная эрозия. • Ежедневные потери почв из за развития оврагов достигают 100— 200 га.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ • Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); 2) минеральные удобрения; 3) отходы и отбросы производства; 4) газо дымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты. • В мире ежегодно производится более миллиона тони пестицидов. • В России используется более 100 индивидуальных пестицидов при общем годовом объеме их производства — 100 тыс. т. • Наиболее загрязненными пестицидами районами являются Краснодарский край и Ростовская область (в среднем около 20 кг на 1 га).

ВТОРИЧНОЕ ЗАСОЛЕНИЕ И ЗАБОЛАЧИВАНИЕ ПОЧВ • Вторичное засоление развивается при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. • В мире процессам вторичного засоления и осолонцевания подвержено около 30% орошаемых земель. • Площадь засоленных почв в России составляет 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель). • Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне России, на Западно Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты.

ОПУСТЫНИВАНИЕ • Опустынивание — процесс необратимого изменения почвы и растительности, снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню. • Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд. га практически на всех континентах. • Процесс этот получил столь широкое распространение, что явился предметом международной программы «Опустынивание» . • Опустынивание является одновременно социально экономическим и природным процессом, оно угрожает примерно 3, 2 млрд га земель, на которых проживают более 700 млн. человек. • Особенно опасное положение сложилось в Африке в зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Буркина, Фасо, Мали и др. ) — переходной биоклиматической зоне (шириной до 400 км) между пустыней Сахара на севере и саванной на юге.