скими веществами. Не исключено, что здесь в обозримой перспек­ тиве может появиться уникальный санаторий.

Немало загадок хранят подземные воды. Одна из них - в ки­ тайской провинции Сычуань. Там подземный источник выдает чистую и холодную влагу только «по заказу». Стоит путнику громко крикнуть, приблизившись к узкой расщелине, как оттуда бьет фонтан. Но едва эхо замирает, «кран» экономно перекрывает­ ся. Ученые объясняют эту причуду природы редким балансом ат­ мосферного давления, удерживающим воду под землей. Когда звуковые колебания нарушают его, источник пробуждается. Одна­ ко такое объяснение удовлетворяет далеко не всех.

4. Литосфера и рельеф

Литосфера

Земля имеет сложное строение. Главный источник знаний о глубинном строении - сейсмические данные, т.е. скорости прохо­ ждения волн, возникающих при землетрясениях. Новым методом изучения земных недр стал метод сверхглубокого бурения. Сверх­ глубокая скважина в Германии была пробурена на глубину в 9 км, а далее бур не смог резать породу при температуре 300 градусов. В нашей стране сверхглубокая скважина на Кольском п-ве была пер­ вой, которая пересекла границу, отделяющую слой протерозоя от верхних слоев архея. Глубина этой скважины достигла 12 с не­ большим километров1. Известна также сверхглубокая скважина на Урале, недалеко от В. Туры.

Встроении Земли выделяют три слоя: земную кору, мантию

иядро. В школьной практике часто для наглядности проводят ана­ логию со строением плода с косточкой (трехчленное строение), но

Первоначально планировалось большая глубина скважины. Причина останов­ ки работ, увы, тривиальная - отсутствие финансирования в связи со сложной экономической ситуацией в стране в конце XX в.

51

на самом деле строение Земли сложное и не следует делать подоб­ ные упрощения.

Литосфера - верхняя оболочка «твердой» Земли, включаю­ щая земную кору и верхний твердый слой мантии. Литосфера - относительно хрупкая оболочка.

Внешнее строение Земли ученые объясняют по-разному. Традиционное объяснение дает гипотеза фиксизма, основанная на представлениях о незыблемости (фиксированности) положения континентов на поверхности Земли и о решающей роли верти­ кально направленных тектонических движений. Эволюция струк­ туры земной коры шла в основном от геосинклиналей к платфор­ мам.

Геосинклинали - обширные подвижные, сильно расчленен­ ные участки земной коры с разнообразными тектоническими дви­ жениями. В развитии геосинклиналей различаю два крупных эта­ па. Первый - характеризуется погружением и, как следствие, мор­ ским режимом. Поэтому накапливается мощная толща осадочных и вулканических пород. Второй этап развития - интенсивные вос­ ходящие движения, сопровождающиеся образованием сложных складок. При этом моря отступали и возникали складчатые горные страны. В дальнейшем горы постепенно разрушались, участок земной коры покрывался чехлом осадочных пород и превращался в платформу.

Платформы - обширные устойчивые, преимущественно равнинные участки земной коры. Материковые платформы имеют двухъярусное строение. Нижний ярус - фундамент (кристалличе­ ское основание), верхний - осадочный чехол. Если фундамент по­ гружен на большую глубину, такой участок платформы называет­ ся плитой. Места выхода фундамента на поверхность называются

щитами.

В пределах геосинклиналей разные части завершали свое развитие в разные тектонические эпохи. Выделяют несколько тектонических циклов: байкальский (конец протерозоя - начало палеозоя: 1000 - 550 млн. лет), каледонский (ранний

52

палеозой: 550 - 400 млн. лет), герцинский (поздний палеозой: 400 - 210 млн. лет), мезозойский (210 - 100 млн. лет), кайнозойский или альпийский (100 млн. лет - до наших дней). Соответственно на суше выделяют области байкальской, каледонской, герцинской, мезозойской и кайнозойской (или альпийской) складчатостей.

Гипотеза мобилизма, напротив, предполагает большие (до нескольких тысяч км) горизонтальные перемещения материковых глыб земной коры относительно друг друга и по отношению к по­ люсам в течение геологического времени. Мобилизм впервые был сформулирован немецким геофизиком и метеорологом А. Вегене­ ром в 1912 г. Позднее, в 60-х годах появилась новая теория - тек­ тоники литосферных плит. Она сохранила главную идею Вегене­ ра о горизонтальных движениях материков. Новая теория смогла появиться в связи с новыми открытиями в строении дна Мирового океана. Было установлено, что самыми активными зонами планеты являются глобальные системы разломов - рифты срединно­ океанических хребтов и глубоководные желоба. Разломы - это зо­ ны раскола литосферы на литосферные плиты. Таким основных плит семь: Северо-Американская, Южно-Американская, Евразий­ ская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая и Тихо­ океанская. Границы их не совпадают с границами материков, т.к. все они (кроме Тихоокеанской) включают и материки, и соседние участки океана. Глубоководным бурением с американского кораб­ ля «Челленджер» доказано, что в рифтовых зонах из астеносферы изливается базальтовый расплав и застывает. В районах рифтов океанические платформы расходятся.

В настоящее время для изучения тектоники плит активно ис­ пользуются системы GPS и Глонасс.

Границы литосферных плит - это зоны высокой активности земной коры. Здесь плиты, скользя по астеносфере, надвигаются друг на друга, иногда даже ломаются, и тогда происходят разру­ шительные землетрясения. Океанические платформы как бы под­ ныривают под материковые. Какое-то представление о грандиоз­

53

ности взаимодействий может дать картина вскрывающейся ото льда крумной реки или озера.

Традиционные представления о географии зон высокой сейсмичности в последние годы подвергаются пересмотру. В ча­ стности, исследования показали, что большая часть Свердловской области отнесена МЧС России к Среднеуральской семибальной зоне землетрясений, или к «первой категории сейсмической опас­ ности». В Екатеринбурге к сейсмоопасной зоне относится, в част­ ности, «стык» Уктусских гор с прилегающей с севера территорией.

Наиболее сильные землетрясения, зафиксированные сейсмо­ графами с Обсерваторской горки Екатеринбурга, следующие: Сысертское землетрясение 1892 г. силой 6 баллов в эпицентре, Билимбаевское в 1914 г. силой 7 баллов. Сравнительно недавно, в 1996-1997 гг. землетрясения силой 2-3 балла наблюдались в рай­ оне озера Мелкого (окрестности В.Пышмы) и города Арамили.

Сделаем небольшое пояснение по понятию «семибальная зо­ на землетрясений». Семь баллов - много это или мало? Во время семибального землетрясение в Нефтегорске на севере Сахалина в 1995г. две трети населения многотысячного поселка за короткий промежуток времени погибло под руинами рухнувших пятиэта­ жек. В приведенном факте нет противоречия с вышеуказанным землетрясением в Билимбае: традиционные на Руси деревянные дома многократно устойчивее пятиэтажек.

В самое последнее время появились сообщения о сейсмиче­ ской опасности для некоторых районов г. Москвы.

Понятие о рельефе. Рельефообразующие процессы.

Рельеф - совокупность неровностей земной поверхности разного масштаба. Рельеф сформировался в результате взаимодей­ ствия внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) геологи­ ческих процессов.

С внутренними процессами связаны различные тектониче­ ские движения земной коры, создающие основные формы рельефа,

54

и также магматизм и землетрясения. Тектонические движения про­ являются в медленных вертикальных колебаниях земной коры и в образовании складок.

Одновременно с внутренними процессами на рельеф воздей­ ствуют и разнообразные внешние силы. Рельефообразующая дея­ тельность внешнего фактора складывается из трех процессов: раз­ рушения, транспортировки и отложения материала.

Самым важным внешним рельефообразующим процессом является работа текучей воды.

Крупнейшие формы рельефа - материки и океанические впа­ дины, а также крупные формы - горы и равнины - образовались в результате внутренних процессов. Средние по размерам и мелкие формы рельефа - долины рек, ледниковые формы, эоловые и дру­ гие - обязаны своим происхождением разнообразным внешним силам.

Выделяют три вида работы (деятельности) внешних сил: раз­ рушение, транспорт и аккумуляция.

Речные долины - отрицательные линейно вытянутые формы рельефа, образованные главным образом эрозионной деятельно­ стью рек; многие из них имеют тектоническое заложение. Попе­ речный профиль речной долины в зависимости от стадии ее разви­ тия, геологического строения местности и других факторов может иметь V- образную ,U - образную, корытообразную формы.

Различают горные речные долины, обладающие значительной крутизной при небольшой ширине (иногда приобретают облик каньонов), заметным понижением вниз по течению и равнинные речные долины, обычно широкие, с незначительной глубиной и крутизной склонов, небольшими уклонами.

Важнейший элемент равнинных речных долин - речные террасы: горизонтальные или слабонаклоненные поверхности (площадки) на склонах речных долин, ограниченные уступами. Образованы размывающей и аккумулирующей деятельностью ре­ ки, обычно сложены аллювием. Речные террасы формировались в условиях, когда река текла на более высоком уровне, чем ныне.

55

При последующем снижении базиса эрозии (поверхности, на уровне которой водоток теряет свою силу и не может далее углуб­ лять свое ложе), восходящих новейших тектонических движениях или изменениях климата, сопровождающихся увеличением водо­ носности и транспортирующей способности потока, река врезается в свое прежнее ложе и вырабатывает в нем новое русло на более низком уровне. Остатки старой поймы реки (части дна речной до­ лины, покрываемой водой в половодье или во время паводков) со­ храняются в виде речной террасы, т.е. речная долина - это бывшая пойма.

В окрестностях г. Екатеринбурга есть немало интересных примеров речных долин. Упомянем лишь два - долина р. Чусовой вблизи г. Волчихи, с вершины которой можно наблюдать колено­ образную долину Чусовой и долина р. Исети в районе д. Бекленищева, где спокойную Исеть словно подменяют на горную бурля­ щую реку.

5.Биосфера

Возникновение жизни на Земле. Наша планета существует примерно 4,6 млрд. лет. Первые признаки жизни датируются при­ мерно 3,5 млрд, лет назад, и обнаружены они в условиях теплого и влажного климата, в мелководных водоемах. Из мелководий жизнь распространилась в океан, а затем и на сушу. Активное завоевание организмами планеты продолжалось примерно 500 млн. лет.

Одна из гипотез объясняет происхождение жизни на нашей планете вулканизмом: вулканы не только сформировали лик пла­ неты (см. раздел «Гидросфера»), но и привели к возникновению жизни. В подтверждение этой гипотезы недавно обнаружены нук­

56

леиновые кислоты в выбрасываемых газах вулкана Тятя1на остро­ ве Кунашир. А нуклеиновые кислоты - это основа жизни, они мо­ гут попасть в теплые водные «бульоны» и в результате длительной эволюции возникают новые формы жизни.

Другая концепция панспермии - внеземного происхождения жизни - опирается на обнаружение при изучении метеоритов «предшественников живого» - органических соединений, которые возможно сыграли роль «семян». В этом плане большой интерес представляет недавнее открытие в Австралии - обнаружение в ме­ теорите, прилетевшем с Марса, прокариотов*2.

В последние годы усилился интерес научной общественно­ сти к проблеме происхождения жизни. Трудность этой проблемы обусловлена тем, что наука оказывается у предела своих возмож­ ностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экс­ периментальной проверке утверждений. Указанная проблема свя­ зана с другим вопросом: отличиями живого от неживого. Строго научное разграничение живого от неживого встречает определен­ ные трудности. Имеются как бы переходные формы от нежизни к жизни. Например, вирусы вне клеток другого организма не обла­ дают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена ве­ ществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки организма-хозяина и используя его ферментные

В связи с отмеченным любопытна топонимика вулкана. На языке айнов, ко­ ренных жителей острова, вулкан назывался Чача-Напури — «отец-гора»; япон­ цы назвали его Тятя-Яма, что привело к русскому названию Тятя — «отец», и это удачно совпало со смыслом первоначального айнского названия.

2 Прокариоты (лат. Procaryota, от греч. яро «перед» и xdpuov «ядро»), или доядерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эу­ кариот) оформленным клеточным ядром. К прокариотам относятся синезеле­ ные водоросли, акгиномицеты, бактерии, микоплазмы, риккетсии и вирусы.

57

системы. Действительно научное разграничение - закон хиральной чистоты - выходит за рамки курса «Общее землеведение» и инте­ ресующиеся найдут соответствующие материалы в специальной литературе.

Биосфера. Термин биосфера был введен в научный лексикон австрийским геологом Э.Зюссом в 1875 г. Этим термином Зюсс обозначил сферу обитания организмов. В.И. Вернадский разрабо­ тал представление о биосфере как о наружной оболочке Земли, ох­ ваченной геохимической деятельностью живого вещества. В со­ временном понимании биосфера не среда жизни, а глобальная сис­ тема, где в неразрывной связи существуют, с одной стороны, инертное вещество в твердой, жидкой и газовой фазах, а с другой - разнообразные формы жизни и их метаболиты.

Биосфера охватывает приземную часть атмосферы, гидро­ сферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны слож­ ными циклами миграции вещества и энергии. Верхняя граница биосферы проходит в стратосфере на высоте до 30 км, нижняя - на суше на глубине до 4 - 5 км от поверхности земной коры, в Миро­ вом океане - опускается до дна самых глубоких впадин.

Живые организмы обладают способностью приспосабли­ ваться к самым экстремальным условиям среды, причем некото­ рые микроорганизмы переносят температуру выше 90 градусов1, а споры отдельных бактерий сохраняют жизнеспособность даже при температуре около -250 градусов.

В биосфере преобладают животные (примерно 1,5 млн. ви­ дов), количество видов растений примерно в 3 раза меньше. Одна­ ко по массе растения намного превосходят животных. Основная биомасса Земли сосредоточена на суше.

Впервые оценил совокупную деятельность живых организ­ мов и человека как геохимический фактор планетарного масштаба В.И. Вернадский. Он сформулировал закон биогенной миграции

1 Вероятно, это не предел, учитывая новейшие исследования на дне океана «черных курильщиков».

58

цтомов: «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она проте­ кает в среде, геохимические особенности которой (кислород, угле­ кислый газ, водород и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, ко­ торое действовало на Земле в течение всей истории». Таким обра­ зом, результаты деятельности живых организмов сказались на всех оболочках Земли.

Так, большая часть кислорода атмосферы имеет биогенное происхождение. В процессе фотосинтеза синезеленые водоросли еще 3 млрд, лет назад начали поглощать из атмосферы углекислый газ, а выделять - кислород. Как ни странно, синезеленые водорос­ ли выступили в роли первых «загрязнителей» биосферы (с пози­ ций наших представлений): обогащение атмосферы кислородом привело к первому в истории великому вымиранию организмов, т.к. они были приспособлены к жизни в бескислородной среде. Тем не менее в дальнейшем развились новые жизненные формы, сумевшие с помощью кислородной «подпитки» перейти к новому, более энергичному образу жизни, что придало мощнейшее уско­ рение эколюционному процессу.

Расцвет зеленых растений привел к тому, что кислорода ста­ ло настолько много, что из него стал образовываться газ озон в та­ ких количествах, которые сделали возможным образование озоно­ вого экрана. Он перехватывает почти всю ультрафиолетовую ра­ диацию Солнца, избыток которой убивает жизнь. Напрашивается вывод: жизнь создала защиту, способную защитить себя и тем са­ мым дать жизни новые возможности развития на Земле.

59

Важная роль живых организмов состоит и в том, что они, пропуская через себя воду, в значительной мере определили хими­ ческий состав океанских вод1.

Живые организмы заметно изменили и верхнюю часть лито­ сферы. Так, они принимают активное участие в выветривании гор­ ных пород, создают органогенные породы, а иногда - непосредст­ венно и формы рельефа (коралловые рифы).

Без деятельности живых организмов на Земле не было бы и почвы. Почва - верхний тонкий слой земной коры (от единиц сан­ тиметров до 2 - 3 м), большей частью покрытый растительностью и обладающий естественным плодородием. Подчеркнем: плорородие отличает почвы от других природных образований. Почва об­ разуется в результате преобразования самой верхней части земной коры совместной деятельностью воды, воздуха и организмов. И снова напрашивается вывод: жизнь создала новое образование - почву - для реализации возможности дальнейшей эволюции самой жизни.

Биосфера испытывает нарастающее воздействие со стороны человека. Последствия этого воздействия неоднозначны. С одной стороны, человек создал десятки тысяч новых сортов растений и пород животных - тем самым он ускоряет эволюцию видов, обо­ гащает природные сообщества, повышает плодородие почв. Дру­

1Приведем два научных факта, которые требуют, по крайней мере, осмысления. Черное море - единственное на планете, у которого соленость поверхностных вод точно соответствует человеческой крови: на 1 килограмм морской воды приходится примерно 17 граммов солей. Второй факт - относительно измене­ ния солености в процессе эволюции Мирового .океана. В архее водоемы были солоноватыми - 10-25 промилле, а начиная с палеозоя, судя по ископаемым ос­ таткам обитателей Океана, солевой состав не изменялся (правило Диттмара: постоянство солевого состава). Известный ученый В. Корж из Института океа­ нологии им. П.П.Ширшова на международной конференции в Астрахани (2008 г.) в частной беседе сообщил: жизнь создала комфортную для себя соленость именно в палеозое и потому соленость не меняется многие миллионы лет. Т.е. логика такова: зачем изменять совершенство?

60