Глава 58. Геологічних оболонок планети.

До зовнішніх оболонок Землі належать атмосфера, гідросфера, частина літосфери. Інтегральною складовою, що, об'єднуючи ці оболонки, синтезує життя, є біосфера — оболонка Землі, яку заселяють живі організми.

Біосфера як оболонка Землі має змінні фізичні параметри. Верхня її межа знаходиться на висоті до 20 км — у зоні переходу тропопаузи у стратосферу. Нижня межа життя проходить по літосфері на глибині 2-3 км і по дну океану у гідросфері. Середня товщина біосфери становить 12-17 км, а максимальна не перевищує 23-36 км.

Літосфера — це зовнішня тверда оболонка Землі, що включає всю земну кору й частину верхньої мантії Землі й складається з осадкових, вивержених і метаморфічних порід. Екологічне значення літосфери величезне. По-перше, на її поверхні живе більшість рослинних і тваринних організмів, у тому числі й людина. По-друге, верхня тонка оболонка літосфери на материках — це грунти, що забезпечують умови життя для рослин і є основною умовою для отримання продуктів харчування людей. По-третє, літосфера є джерелом отримання корисних копалин — енергетичної сировини, руд металів, мінеральних добрив, будівельних матеріалів тощо. У межах літосфери періодично відбувались і відбуваються грізні екологічні процеси (виверження вулканів, землетруси, зсуви, селі, обвали, ерозія земної поверхні), які мають величезне значення для формування екологічних ситуацій в певних ділянках планети, а іноді призводять до глобальних екологічних катастроф.

Літосфера має три складові: земну кору, мантію та ядро. Земна кора і верхня мантія — тверді тіла, зовнішня частина ядра має властивості рідини, а внутрішня — твердого тіла.

Земна кора — тонка зовнішня оболонка Землі (середня потужність 32 км; 5 % об’єму Землі). Найтоншою є океанічна земна кора (від 4 до 10 км), а найпотужнішою — материкова (від 13 до 90 км

Близько третини земної поверхні становить суходіл, який складається із шести материків (Євразії, Африки, Північної та Південної Америк, Австралії і Антарк­ти­ди), островів і архіпелагів (груп островів). В основному суходіл розташований у Пів­нічній півкулі.

Земна кора переважно складається з твердих гірських порід. Виключення становлять привулканічні зони, де існують вогнища розплавлених порід (магма), що виливаються на поверхню у вигляді лави. У цілому породи земної кори приблизно на 75 % складаються з кисню і кремнію і на 13 % — з алюмінію і заліза.

Мантія — оболонка Землі, яка розташована під земною корою й простягається вглиб до 2900 км. Мантія поділяється на верхню (потужністю понад 900 км) і нижню (потужністю понад 1900 км) і складається зі щільних зеленувато-чорних залізо-магнієвих порід. У поверх­невих шарах вони приблизно вдвічі твердіші за граніт, а на великих глибинах стають пластичними й повільно течуть. Ядро Землі поділяється на зовнішнє і внутрішнє. Зовнішнє ядро починається приблизно на глибині 2900 км і має потужність 2100 км. Вважають, що зовнішнє ядро складається з розплавленого заліза, що має густину від 8 до 10 г/см3. Внутрішнє ядро, радіусом близь­ко 1350 км, має властивості твердого тіла. Очевидно, воно складається з елементів, що мають дуже високу щільність,— Феруму і Нікелю.

Атмосфера Землі — повітряна оболонка, що оточує Землю й обертається разом із нею. Маса атмосфери становить 5,15 · 1015 т. Нижня межа атмосфери — поверхня Землі; верхня — висоти 2000—3000 км, хоч вона поширюється до 20 000 км і поступово переходить у міжпланетний простір.

Основними компонентами атмосфери є азот (78,084 %), кисень (20,946 %) і аргон (0,934 %), велике значення мають також малі домішки таких газів, як CO 2 , метан тощо. Крім того, атмосфера містить пари води, вміст яких коливається від 0,2 % в приполярних районах до 3% поблизу екватора. Атмосфера відіграє важливу роль у поглинанні, розсіюванні та відбиванні сонячної енергії. Вона одержує тепло від суходолу та океанів і охолоджується зверху, випромінюючи тепло у міжпланетний простір. Проте переважно вона затримує тепло і таким чином відіграє роль отеплювача Землі. Атмосфера перебуває в постійному русі, унаслідок чого здійснюється обмін теплом і холодом між різними зонами й ділянками, які по-різному нагріваються. Атмосфера є також джерелом мінеральної сировини. Із неї добувають азот, кисень, аргон та інші гази для потреб народного господарства. Атмосфера підтримує різні форми життя на Землі, регулює теплообмін планети з космічним простором, впливає на її радіаційний і водний баланси, захищає Землю від метеоритів.

Атмосфера має п’ять основних шарів (оболонок): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу (іоносферу) й екзосферу. Тропосфера — нижній шар атмосфери, що прилягає до Землі. Тому її фізичні властивості визначаються впливом Землі. Над полюсами її висота становить близько 8 км, над помірними широтами — 11—12 км, над екватором до 17—18 км. У тропосфері зосереджена майже вся водяна пара й розвиваються всі явища погоди — утворюються хмари, випадають опади тощо.

Стратосфера — безхмарний або малохмарний шар повітря, який лежить над тропосферою й простягається в середньому від 11—12 до 55 км. У нижній частині стратосфери температура продовжує знижуватись і на висоті 25 км становить приблизно –40 °С. Потім вона починає підвищуватись, бо саме тут починається озо­новий шар — частина атмосфери з під­вищеним вмістом газу озону. Най­біль­ша його кількість — на висоті 27—28 км. Озон поглинає коротке ультрафіолетове проміння і цим захищає від його згубної дії живі істоти. У верхній частині страто­сфе­ри температура повітря досягає +10 °С.

Мезосфера — шар повітря на висотах 55—80 км. Це — найхолодніша частина атмо­сфери. Озону тут вже немає, і тому у верхній її частині температура знижується до –80 °С. За такої низької температури рештки водяної пари утворюють дуже тонкі хмари — найвищі хмари атмосфери. Термосфера (іоносфера) простягається на висоті від 80 до 800—1000 км. Там гази дуже розріджені, тиск низький. Під впливом космічної радіації молекули газів утрачають або приймають електрони, тобто іонізуються. Саме в іоносфері виникає полярне сяйво.

Екзосфера розташована на висоті понад 800—1000 км. Це верхній шар атмосфери, який межує з міжпланетним простором. Частинки верхніх шарів атмосфери, які мають високу енергію, утримуються завдяки магнітному полю Землі (магнітосфері). Магнітосфера захищає життя на Землі від шкідливого впливу космічного випромінювання.

Гідросфера, або водяна оболонка Землі,— це її моря й океани, крижані шапки приполярних районів, ріки, озера й підземні води. Запаси води на Землі величезні—1,46-10 9 км 3 , тобто 0,025% усієї маси Землі. Проте абсолютна більшість цієї колосальної маси — це гірко-солона морська вода, непридатна для пиття та технологічного використання. Прісна вода на планеті становить лише 2 % від її загальної кількості, причому 85 % її зосереджено в льодовикових щитах Гренландії й Антарктиди, айсбергах і гірських льодовиках. Лише близько 1 % прісної води — це річки, прісноводні озера й деяка частина підземних вод; саме ці джерела й використовуються людством для своїх потреб.

Вода виконує дуже важливі екологічні функції:

1) це головна складова частина всіх живих організмів (тіло людини, наприклад, на 70 % складається з води, а деякі організми, такі, як медуза чи огірок, містять у собі від 98 до 99 % води);

2) основний механізм здійснення взаємозв'язків усіх процесів у екосистемах (обмін речовин, тепла, ріст біомаси);

3) головний агент-переносник глобальних біоенергетичних екологічних циклів;

4) води Світового океану є основним кліматоутворюючим фактором, основним акумулятором сонячної енергії і «кухнею» погоди для всієї планети;

5) один із найважливіших видів мінеральної сировини, головний природний ресурс споживання людства (людство використовує її в тисячу разів більше, ніж нафти чи вугілля).

Величезну роль відіграє гідросфера в формуванні поверхні Землі, її ландшафтів, у розвитку екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, ерозії, карсту тощо), в переносі хімічних речовин, забруднювачів довкілля.

Для багатьох організмів вода є середовищем їхнього життя. Хімічний склад морської води дуже схожий на склад людської крові — містить ті ж хімічні елементи й приблизно в тих же пропорціях. Це — один з доказів того, що предки людей, як і інших ссавців, колись жили в морі.

Головним постачальником води для України є Дніпро. Іншими річками, що забезпечують потреби у воді, є Дунай, Дністер, Південний Буг, Тиса, Прут та ін.

Підземні води України мають не менше значення для забезпечення водою населення. Досить зазначити, що близько 70 % населення сіл і селищ міського типу задовольняє свої потреби в питній воді за рахунок ґрунтових вод (колодязі) чи глибших водоносних горизонтів (свердловини).

Взаємозв'язок біосфери й атмосфери підтримується завдяки процесам фотосинтезу та дихання. Живі організми — регулятори вмісту газів у повітрі. Крім того, рослини, тварини і особливо людина впливають на чистоту атмосфери. (Наведи приклади цього впливу.)

Взаємодія біосфери і гідросфери. Вода — це саме життя. Без неї не можуть існувати організми, але й вони мають вплив на склад води в гідросфері. Спеціалісти вважають, що за останні 200 млн років майже не змінилася солоність океанічної води. Солі, накопичені в морській воді, використовуються живими організмами для своєї життєдіяльності. Наприклад, кальцій — складова частина їх скелетів, черепашок, панцирів. Таким чином, завдяки процесам життєдіяльності організми підтримують сталість складу вод гідросфери.

Взаємодія біосфери і літосфери. Взаємодія цих оболонок найактивніше відбувається у верхній частині літосфери — земній корі. Рослини своїм корінням, яке проникає в тріщини, руйнують тверді гірські породи і перетворюють їх у пухкі, осадові. В земній корі накопичуються залишки скелетів рослин і тварин, які осідають на дно водойм, утворюючи товщі осадових порід: крейди, вапняку-черепашнику та ін. З рослинних залишків складається й кам'яне вугілля, торф.