- •М. Ю. Андрианова Физико-химические основы природных и антропогенных процессов в техносфере Сокращенная версия
- •1. Оболочки Земли
- •1.1. Земная кора
- •1.2. Мантия Земли
- •1.3. Ядро Земли
- •1.4. Магнитное поле и магнитосфера Земли
- •1.5. Атмосфера
- •1.6. Гидросфера
- •1.7. Биосфера и педосфера
- •3. Миграция элементов
- •4. Атмосфера. Солнечная радиация и вертикальная структура
- •4.1. Изменение давления с высотой
- •4.2. Изменение температуры с высотой
- •4.3. Радиационный баланс Земли
- •4.4. Особенности циркуляции атмосферы
- •5. Биогеохимические циклы элементов
- •5.1. Цикл кислорода
- •5.1.1. Геохимический субцикл цикла кислорода
- •5.1.2. Биотический и физико-химический субциклы цикла кислорода
- •5.1.3. Озон в стратосфере
- •5.1.4. Озон в тропосфере
- •5.1.5. Фотохимический смог
- •5.2. Гидрологический цикл и цикл водорода
- •5.2.1. Гидрологический цикл
- •5.2.2. Цикл водорода
- •5.2.3. Увеличение кислотности океанской воды
- •5.3. Цикл азота
- •5.3.1. Природная фиксация азота
- •5.3.2. Промышленная фиксация азота
- •5.3.3. Аммонификация
- •5.3.4. Нитрификация и другие процессы
- •5.3.5. Денитрификация и другие процессы
- •5.3.6. Оксиды азота
- •5.3.7. Физический перенос азота
- •5.4. Цикл серы
- •5.4.1. Поступление серы в атмосферу
- •5.4.2. Серная кислота и сульфатные аэрозоли
- •5.4.3. Атмосферный аэрозоль
- •5.4.4. Смог лондонского типа
- •5.4.5. Кислотные дожди
- •5.4.6. Ассимиляция сульфата
- •5.4.7. Восстановление сульфата и другие процессы
- •5.4.8. Окисление сероводорода и другие процессы
- •5.4.9. Окислительный бактериальный фильтр
- •5.5. Циклы фосфора и кремния
- •5.5.1. Цикл кремния
- •5.5.2. Цикл фосфора
- •5.6. Циклы тяжелых металлов
- •5.6.1. Природные источники тяжелых металлов
- •5.6.2. Техногенные источники тяжелых металлов
- •5.6.3. Трансформация антропогенных выбросов тяжелых металлов в почве
- •5.6.4. Токсичность металлов в гидросфере
- •5.7. Цикл углерода
- •5.7.1. Основные процессы цикла углерода
- •5.7.2. Глобальное потепление климата и парниковые газы
- •5.7.4. Токсичные соединения углерода
- •5.8. Циклы натрия и хлора
- •5.8.1. Цикл натрия
- •5.8.2. Засоление почв
- •5.8.3. Цикл хлора
- •5.8.4. Галогенорганические соединения
- •5.8.5. Стойкие органические загрязнители и другие приоритетные поллютанты
1. Оболочки Земли
Геосферы – концентрические (сплошные или прерывистые) оболочки, образованные веществом Земли, различающиеся между собой по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам. Выделяют следующие геосферы Земли: атмосфера, гидросфера, кора, мантия, ядро (см. табл. 1.1).
Таблица 1.1
Характеристики геосфер Земли
Геосфера |
Удаленность нижней границы от уровня моря, км |
Объем, в 10 18 м3 |
Масса, в 10 9 Гт
|
Доля массы геосферы от массы Земли |
Атмосфера (до высоты 2000 км) |
– |
1320 |
0,005 |
10−6 % |
Гидросфера |
11,02 |
1,4 |
1,4 |
0,02 % |
Земная кора |
5…70 |
10,2 |
28,5 |
0,48 % |
Мантия |
до 2900 |
896,6 |
4013 |
67,2 % |
Ядро |
6371 (радиус Земли) |
175,2 |
1934 |
32,3 % |
В естественных науках выделяют и другие крупные сферы (оболочки) Земли. Так, объектом изучения физической географии являются географическая оболочка, образованная приповерхностными частями планеты. Географическая оболочка – это природный комплекс, возникающий в слое взаимодействия и взаимопроникновения верхней части земной коры (4…5 км), гидросферы и нижней части атмосферы (до 20 км), и сформировавшийся под воздействием солнечной энергии и органической жизни.
Магнитосфера – область околопланетного пространства, свойства которого определяются магнитными полем планеты и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения.
Литосфера (от греч. λίθος – камень) – твердая оболочка Земли, включающая земную кору и твердую часть верхней мантии. К верхней части литосферы относится почвенный покров Земли – педосфера (от лат. pedis – стопа). Недра Земли – это часть литосферы, доступная для добычи полезных ископаемых. Данные о составе литосферы получены для зон вблизи земной поверхности – глубина скважин, пробуренных для геологоразведки или нефтедобычи, не превышала 10 км. Предельная глубина (12 262 м, работы велись с 1970 по 1990 г.) была достигнута при бурении Кольской сверхглубокой скважины, созданной для исследования строения литосферы. В 2007 г. в Тихом океане (юго-восточнее острова Хонсю) начаты работы по бурению океанической коры на глубину около 8 км для изучения мантии.
Биосфера (от греч. b – жизнь) – это область, для которой состав, структура и энергетические процессы определяются деятельностью живых организмов. Верхней границей распространения жизни на Земле считается озоновый слой атмосферы (примерно до 25 км), задерживающий губительное коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца. Гидросфера полностью входит в состав биосферы. В литосфере живые организмы находят обычно на глубине 1…2 метра, однако считается, что нижняя граница биосферы расположена на глубине 2…8 км, где температура достигает значений, при которых происходит денатурация белков или кипение воды. Суммарная биомасса живых организмов оценивается в 1,8…4,4·1012 тонн. В биосфере можно выделить антропосферу – области Земли и ближайшего космоса, которые являются районами обитания человечества или видоизменяются под его влиянием.
Согласно В.И. Вернадскому, "в биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе... Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного" 1. В.И. Вернадский разрабатывал представления о ноосфере (от греч. νόος – разум) – области взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития. Ученый полагал, что формируя ноосферу человечество от стихийного преобразования лика планеты должно перейти к сознательной деятельности, включающей в себя ответственность за судьбу биосферы.
Техносфера – часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком в технические и техногенные объекты с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств в целях соответствия социально-экономическим потребностям человека. К техносфере относят производственные системы и продукты производства (машины, строительные детали, одежда, книги и т.п.), сырье и топливо (уголь, нефть, газ и др.), техногенные рельефы (терриконы, насыпи, плотины, искусственные острова и др.), биомасса культивируемых растений и животных. Можно также выделить агросферу – часть биосферы, вовлеченная в сельскохозяйственное использование (пашни, кормовые угодья и т.д.).
