ПОЧВА лесники ответы / Vopros_1-3

Конфронтация с законами жизни биосферы началась после второй мировой войны, когда произошло радиоактивное и химическое загрязнение и началось быстрое сокращение зелёного и почвенного покрова, в связи с чем возникла проблема выживания человечества. Разумное взаимодействие биосферы и человечества решит узловую проблему современности – выживания человечества и сохранения биосферы.

Природные процессы, в т.ч. и процесс почвообразования, имеют противоречивый циклический характер, но они не замкнуты, а периодически повторяются. Наиболее масштабным во времени и в пространстве является геологический круговорот веществ.

Согласно В.А. Ковде, «геологическим круговоротом веществ с точки зрения почвоведения называется вся совокупность процессов образования земной коры, магматических и осадочных горных пород и минералов, обособления её стратиграфических горизонтов, коры выветривания и форм рельефа, денудации и формирования водного, твёрдого и химического стока, седиментации и аккумуляции веществ, принесённых наземными и подземными водами и эоловым путём». Геологический круговорот может протекать и без участия процессов, связанных с почвообразованием.

Земная кора со всеми её оболочками находится в процессе непрерывного развития. Первоначальным источником осадочных пород явились продукты из верхней мантии, в частности магматические породы, которые в процессе выветривания и почвообразования, денудации, сноса и переотложения покрывались толщами осадочных пород и почв.

Однако, колебательные тектонические движения, характерные для земной коры, сопровождались глубоким погружением осадочных пород в недра, где они подвергались воздействию высокого давления и высоких температур и превращались в метаморфические горные породы.

Геологическое по длительности время воздействия давления и высоких температур, расплавление и образование магмы в результате нагрева, вызываемого радиоактивным распадом, приводят со временем к полному преобразованию осадочных и метаморфических пород в магматические.

С момента появления жизни на Земле увеличивается роль биогеохимических и почвенных процессов.

Таким образом, геологический круговорот включает в себя:

- последовательные процессы выветривания массивно-кристаллических пород;

- образование толщ осадочных пород;

- погружение их на большие глубины;

- метаморфизацию и новое преобразование метаморфических пород в массивно-кристаллические.

Формирование и разрушение почвенного покрова, снос и переотложение разрушенных почв или их погребение, начиная с девонского периода, является постоянным звеном геологического круговорота материи.

Существенной особенностью геологического круговорота является глинообразование, так как глины составляют 4% веса земной коры, песчаные отложения – 0,75%, известняки – 0,25%.

В истории геологических и биологических круговоротов, формирующих земную кору и почвенный покров, различают следующие этапы:

1) абиотический, охватывающий большую часть докембрия – около 2-3 млрд. лет;

2) биотический, более короткий – 0,8-1 млрд. лет;

3) почвенный, продолжительностью 300-400 млн. лет;

4) антропогенный – 1 млн. лет, в котором послеледниковое почвообразование длится не более 50-60 тыс. лет и деятельность человека, оказывающая влияние на почвообразовательный процесс – 10-20 тыс. лет.

Развитие геологического круговорота носит циклический характер, что связано в основном с тектогенезом, т.е. поднятиями и опусканиями земной коры, сопровождающимися переносом и накоплением осадочных отложений.

Ритмические колебания земной коры создают циклический характер развития геологического круговорота. Крупные тектонические этапы колебательных движений земной коры охватывают всю планету в целом, и период мощного поднятия и глубокого опускания составляет 150-200 млн. лет. Учёные предполагают, что таких циклов в истории планеты было около 20, но относительно хорошо изученными являются три последних: каледонский, герцинский (варисцийский), альпийский (современный).

Наряду с крупными тектоническими колебаниями различают колебательные движения подчинённого порядка, идущие как на восходящем, так и на нисходящем периоде основных этапов. В пределах крупного этапа насчитывается 3-5 средних циклических колебаний, продолжительностью 20-40 млн. лет, и обуславливают возникновение мощных толщ осадочных отложений. Циклы 3-его порядка имеют продолжительность 4-6 млн. лет и малые – 0,5-1 млн. лет и даже 500-1000 лет. Всем циклам свойственна правильная повторяемость, но они отличаются направленностью и накоплением качественных признаков, характерных для каждого цикла.

В настоящее время данные геологии свидетельствуют о том, что для современного этапа альпийского орогенеза на Земле характерно абсолютное и относительное преобладание процессов поднятия суши (0,1-10 мм/год), но на некоторых участках земного шара происходит абсолютное и относительное опускание суши (2,5 мм в год), возникают террасы.

На современном этапе химический состав вещества Земли изучен до глубины 15-20 км. Суждения о химическом составе более глубоких слоёв опираются на косвенные данные, представляемые сейсмологией и подкрепляемые изучением вещественного состава метеоритов. Обобщение данных по химическому составу различных горных пород, слагаемых земную кору до 20 км, впервые было выполнено американским учёным Ф. Кларком. Академик А.Е. Ферсман несколько уточнил процентное содержание химических элементов вещества Земли и предложил назвать их числами Кларка или кларками. Выражают их в весовых (объёмных или атомных) процентах. В земной коре химические элементы распространены неравномерно их весовые проценты сильно разнятся.

Таблица 2. Химический состав вещества Земли, %

Академик В.И Вернадский, чтобы подчеркнуть значимость отдельных элементов в составе земной коры, разбил их на 13 декад. Наиболее значимые представлены в первых семи.

Таблица 3. Значимость химических элементов в составе земной коры

Первые 3 элемента составляют 82.58%.

Первые 10 элементов – 98,13%, первые 15 – 99,61%, на долю всех остальных приходится 0,39%.

По объёму земная кора состоит на 94,24% из атомов кислорода. Это объясняется тем, что атомный радиус кислорода (1,4Å) в 2-3 раза больше атомного радиуса Si (0,36Å) и Al (0,5Å).

Абсолютное число химических элементов является смесью атомов с различным массовым числом, но с одинаковым зарядом, т.е. смесью изотопов. Это так называемые сложные химические элементы.

В земной коре известно свыше 360 изотопов. Некоторые химические элементы имеют по несколько изотопов – Sn – 10 изотопов, Хе – 9, Cd и Te по 8. Такие элементы как F, Na, P, V, Mn, Au, а всего их 22, не имеют изотопов. Вещество Земли имеет в своём составе всю периодическую систему Д.И. Менделеева.

В настоящее время известно, что химический состав недр Земли изменяется с глубиной. Возрастает роль более тяжёлых химических элементов, таких как железо, магний, хром, никель, кобальт.

Под действием сверхвысоких давлений, достигающих на границе мантии и ядра 1,4 млн. атм. электронные оболочки атомов разрушаются и вещество переходит в металлизированное состояние. Такая перестройка сопровождается значительным изменением объёма и уплотнением вещества.

С разрушением внешних электронных оболочек связаны очень важные изменения свойств атомов. В земной коре химические элементы могут иметь сложное кристаллическое строение, а с глубины 40-60 км вещество из кристаллического переходит в аморфное стекловидное состояние. Одновременно упрощается строение химических соединений, а затем сложные молекулярные соединения замещаются простыми бинарными (окислы, сульфиды) и, наконец, атомами («самородные» элементы).

Для ядра Земли характерно полное вырождение химических свойств вещества и «обезличивание» элементов. Граница между мантией и ядром является как бы границей проявления химических свойств вещества.

Химический состав Земли в целом не остаётся постоянным, а изменяется со временем, т.е. эволюционирует. Изменение химического состава обусловлено:

- поступлением метеорного вещества - метеоритов и космической пыли;

- диссипацией (рассеиванием) лёгких газов (H, Ge, Ne) из верхних слоёв атмосферы в мировое пространство;

- радиоактивными процессами, при которых неустойчивые самораспадающие элементы превращаются в устойчивые стабильные изотопы.

Значительные изменения химического состава возникают вследствие миграции химических элементов из глубин при землетрясениях и извержении вулканов.

Содержание

1. Геология – предмет, задачи и методы изучения.

2. Науки геологического цикла, их взаимосвязь и краткая характеристика.

3. Земля как планета солнечной системы.

4. Гипотезы происхождения и строение Земли. Геосферы.

5. Характеристика литосферы и её составляющих.

6. Ноосфера.

7. Большой геологический круговорот.

8. Кларковое содержание вещества Земли.