Лекція 2 та завдання до неї

Теоретичні відомості

 

Навколишнім середовищем називається та частина земної природи, з якою людське суспільство безпосередньо взаємодіє у своєму житті й виробничій діяльності.

Навколишнє середовище в науці тісно пов'язане з поняттям географічного середовища. Географічне (навколишнє) середовище містить природне та техногенне середовища, які в наш час тісно переплелися.

Навколишнє середовище складається із:

• штучного середовища, створеного людьми в процесі розвитку (господарсько-побутової, промислової, транспортної, енергетичної та інших інфраструктур);

• природного середовища, яке утворилось в процесі еволюційного формування Землі й життя на ній;

• природних ресурсів, без яких неможливе існування та розвиток суспільства.

        

Структура природного середовища

Природне середовище – це мегасистема постійних взаємозв’язків та взаємопроникнення елементів та процесів чотирьох її складових (екзосфер): атмосфери, літосфери, гідросфери та біосфери під впливом природних процесів та діяльності людини. Кожна з них має свої складові елементи, структуру та особливості. Три з них утворені неживими речовинами і є ареалом функціонування живої речовини – біоти – головного компоненту біосфери.

 

                                             

                                                

                                                      

                          Структура, склад та особливості літосфери

Літосфера (грец. “літос” – камінь) – зовнішня тверда оболонка Землі, яка включає всю земну кору з частиною верхньої мантії Землі й складається з осадових, вивержених магматичних і метаморфічних порід.

Основна частина літосфери складається з вивержених магматичних порід (95%), серед яких на континентах переважають граніти, а під океанами – базальти.

Товщина літосфери в різних місцях земної кулі не однакова: на континентах 40-200 км, під океанами 5-100 км.

Найбільше людина впливає на земну кору – досить тонку верхню оболонку Землі, яка становить всього 1% маси Землі. Земна кора на континентах тришарова (перший шар – осадові породи, другий – гранітогнейсові породи (граніти, гнейси, лабрадорити і габро) і третій – базальтовий шар), має товщину 25-80 км, а під океанами двошарова (осадові породи залягають просто на базальтах, гранітогнейсового шару немає) товщиною 5-10 км, в острівно-дужних зонах на околицях океанів – тип земної кори перехідний.

Основні елементи земної кори – оксиген (49,5%), кремній (25,3%), алюміній (7,5%), залізо (5,08%), кальцій (3,39%), натрій (2,63%), калій (2,4%), магній (1,93%) і гідроген (0,97%) утворюють 98,7% її маси.

У верхній частині континентальної земної кори розвинені грунти, які є одним з найважливіших природних ресурсів.

Грунт – самостійне природне органо-мінеральне тіло, яке виникло на поверхні Землі внаслідок тривалого впливу біотичних, абіотичних і антропогенних факторів. Грунт складається з твердих мінеральних і органічних частинок. Він має специфічні генетико-морфологічні властивості, які створюють відповідні умови для росту та розвитку рослин і родючості. Грунти виникли разом з живою речовиною і розвивалися під впливом діяльності рослин, тварин і мікроорганізмів, поки не стали цінним для людини родючим субстратом. Залежно від кліматичних, геологічних та географічних умов грунти мають товщину від 15-25 см до 2-3 м.

Основна маса організмів і мікроорганізмів літосфери зосереджена в грунтах на глибині не більше кількох метрів. З різними породами земної кори, як і з її тектонічними структурами, пов'язані різні корисні копалини.

У межах літосфери періодично відбувалися і відбуваються сучасні фізико-географічні процеси (зсуви, селі, обвали, ерозія), які мають величезне значення для формування екологічних ситуацій у різних регіонах планети.

Екологічне значення літосфери полягає в тому, що:

• поверхня літосфери є середовищем існування близько 98% біомаси рослинних і тваринних організмів;

• верхній шар літосфери (і земної кори) на материках – ґрунти, які є основним середовищем для вирощування рослинної продукції;

• літосфера є джерелом корисних копалин;

• літосфера є джерелом розширення життєвого простору;

• ґрунти відіграють активну роль в очищенні природних та стічних вод;

• грунтово – рослинний покрив планети є регулятором водного балансу суші, він поглинає, утримує і перерозподіляє величезну кількість атмосферної вологи;

• грунтово – рослинний покрив є універсальним біологічним фільтром і нейтралізатором багатьох видів антропогенних забруднень.

 

                 Структура, склад та екологічне значення атмосфери

Атмосфера (грец. “athmos” – пара, sphaira – шар) – це газова оболонка Землі, що сягає від її поверхні в космічний простір приблизно на 2-3 тис. км. На Землі сформувалась в результаті геологічної еволюції та безперервної діяльності організмів.

Маса сучасної атмосфери 5.3∙10¹⁵ т, тобто становить 1 мільйонну частину маси Землі. Близько 50% маси атмосфери знаходиться в її нижньому 5-км шарі, 75% – в 10-км, 90% – в 16-км.

В атмосфері виділяють тропосферу, стратосферу, мезосферу, іоносферу та екзосферу.

 Тропосфера (грец. tropos – поворот, зміна і грец. sphaira – куля) – нижня частина атмосфери (прилягає до літосфери), в якій зосереджено більше 80% всієї маси атмосфери.

Висота тропосфери визначається інтенсивністю вертикальних потоків повітря, викликаних нагріванням земної поверхні. Тому на екваторі її висота сягає 16-18 км, в помірних широтах – до 10-11 км, а на полюсах – до 8 км. З висотою температура повітря закономірно знижується в середньому на 0,6°С на кожні 100 м і на висоті 10–15 км досягає -60...-70°С.

Цей шар атмосфери істотно впливає на клімат Землі. У ньому містяться значні маси води (у вигляді водяної пари і хмар), пилу і диму, що переміщуються повітряними потоками на великі відстані.

‚ Стратосфера (лат. stratum – шар і грец. sphaira – куля) – шар атмосфери на висоті від 8 до 55 км над Землею, в який поступово переходить тропосфера на висоті 8 км над полюсами і від 18 км над тропіками. У нім стають розрідженими гази, що становлять тропосферу, незначний вміст водяної пари і зрідка утворюються хмари, але збільшується маса озону. У стратосфері розміщується озоновий шар (25-50 км). До 80–100 м/с прискорюються вітри, і різкі коливання температур. Якщо в нижній частині стратосфери зазвичай температури становлять 40–80° (залежно від пори року), то у верхній частини –вони підвищуються до –20° – +20°С, особливо швидко над тропічними широтамиПідвищення температури в стратосфері обумовлено інтенсивним поглинанням сонячної радіації озоном.

ƒ Мезосфера (грец. mesos – великий і грец. sphaira – куля) – верхня межа цього шару сягає висоти 80 км. Головна її особливість – зниження температури до –75...–90°С (а по деяким даним –120 °С) у її верхній частині. Тут фіксують сріблясті хмари, які складаються з кристаликів льоду.

„ Іоносфера або термосфера (грец. therme – тепло і spaira – куля) – шар атмосфери, що йде за мезосферою, – починається на висоті 80-90 км і простягається до 800 км. Температура повітря в термосфері коливається і може варіювати від 500 до 1500°С, залежно від ступеню сонячної активності. Причиною є поглинання ультрафіолетового випромінювання Сонця на висотах 150-300 км, обумовлене іонізацією атмосферного кисню.

На висоті 110 км високі температури призводять до розподілу і без того розрідженого повітря на окремі незв'язані молекули і атоми аргону, азоту, кисню. На висотах понад 300 км переважає атомарний кисень.

Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця гази знаходяться в іонізованому стані. З іонізацією пов’язане світіння газів і виникнення північного сяйва. Іоносфера має здатність багаторазового відбиття радіохвиль (електромагнітних хвиль), що забезпечує дальній радіозв’язок на Землі.

Ядро Землі, як вважають вчені, складається з заліза, і тому наша планета має магнітні властивості. Магнітне поле Землі утворюємагнітосферу – область навколоземного простору, в якому напруга її електромагнітного поля перевищує напругу такого самого поля космічного простору.

Магнітне поле Землі простягається на 70-80 тис. км у напряму до Сонця та на багато кілометрів у протилежному напряму.

Магнітосфера впливає на заряджені електричні частки (сонячний вітер), що рухаються у космічному просторі у бік Землі. Частина цих часток (електронів і протонів) затримуються магнітосферою, утворюючи велике кільце або радіаційний пояс Землі, що охоплює нашу планету навколо екватора.

Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферу і гетеросферу. Гетеросфера – це область, де гравітація чинить вплив на розподіл газів, оскільки їх перемішування на такій висоті незначне. Звідси слідує змінний склад гетеросфери. У гетеросфері – шарі вище 95 км – склад атмосферного повітря значно змінюється з висотою – разом з N₂ і O₂ з'являється в помітних кількостях атомарний кисень за рахунок процесів дисоціації молекул О₂короткохвильовим сонячним випромінюванням. У зв'язку з цим молекулярна маса повітря в гетеросфері зменшується з висотою. Нижче за гетеросферу лежить добре перемішувана, однорідна за складом частина атмосфери, що називається гомосферою. У гомосфері вміст основних газів (азоту, кисню, аргону) залишається постійним.

 

Склад і властивості сучасної атмосфери стабілізувалися близько 50 млн. років тому. До складу атмосфери входять нітроген – 78,08 %, оксиген – 20,95 %, аргон – 0,93 %, 0,033 % вуглекислого газу.

Серед змінних складових атмосфери – водяна пара, озон, вуглекислий газ, які мають велике значення для атмосферних процесів.

Основна маса водяної пари зосереджена в нижніх шарах атмосфери (від 0,1–0,2% у полярних широтах, до 3% – в екваторіальних), з висотою її кількість значно зменшується – на 90% на висоті близько 5 км. Вміст водяної пари в атмосфері визначається співвідношенням процесів випаровування, конденсації і горизонтального перенесення. Водяна пара – джерело утворення туманів, хмар, атмосферних опадів.

Водяна пара, завдяки своїй великій кількості, – найбільш значимий природний парниковий газ. Проте при конденсації в хмари роль водяної пари стає діаметрально протилежною, бо хмари, відбиваючи сонячне випромінювання, перешкоджають нагріву поверхні Землі.

Шар озону вбирає основну частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, захищаючи життя на Землі. У цьому полягає велике екологічне значення атмосфери.

Загальна кількість озону в атмосфері оцінюється всього в 3,3∙10⁹ т. Якби вдалося зібрати увесь озон атмосфери біля поверхні Землі при нормальному тиску (760 мм рт. ст.) і температурі (+20°С), то вийшов би шар (сферична оболонка) завтовшки всього 2,5-3 мм. Реально в атмосфері ніякого «окремого» шару озону немає. Ця лише назва досить широкої області, де концентрація озону максимальна.

Важливою змінною складової атмосфери єдиоксид карбону, вміст якого в атмосфері з розвитком виробництва зростає (від 0,029% на початку XX ст. до 0,033% у 80-х роках). Він має здатність вбирати довгохвильове випромінювання Землі, що створює парниковий ефект в атмосфері й зменшує тепловіддачу Землі. Мінливість вмісту вуглекислого газу пов'язана з життєздатністю рослин, його розчинністю в морській воді та діяльністю людини.

 

Екологічне значення атмосфери полягає в тому, що вона:

• життєдайний буфер між Космосом і Землею;

• регулятор теплообміну між суходолом та океаном (регулює добові коливання температури);

• регулятор водяного балансу планети;

• простір, через який іде обмін енергією та інформацією;

• в межах атмосфери йде значна частина процесу фотосинтезу;

• регулятор сезонних та добових коливань температури;

• в атмосфері проходять процеси, пов’язані з перетворенням забруднювальних речовин антропогенного характеру.

Якби атмосфери не існувало, лише добові коливання температури складали б 200˚С.

 

                           Структура, склад та особливості гідросфери

Гідросфера (грец. hydor – вода) – це водна оболонка Землі, яка включає сукупність океанів і морів (або Світовий океан), континентальних вод (річки, озера, болота), льодовикових покривів, підземні води, атмосферну вологу, а також біологічну воду. Загальна маса води на планеті становить близько 0,023% всієї маси Землі.

Підземна частина гідросфери охоплює грунтові, підґрунтові, міжпластові безнапірні й напірні води, тріщинні води і води карстових порожнин у легкорозчинних гірських породах (вапняках, гіпсах тощо).

На частку Світового океану припадає 631 млн км² поверхні земної кулі, тобто 70,8%. 99,5% всієї маси елементів океанічної води припадає на 4 елементи: кисень (85,7%), водень (10,8%), хлор (1,9%) і натрій (1,05%).

Температура океанської і морської води постійно змінюється як на поверхні, так і в глибині, і залежить переважно від клімату й погоди. В екваторній зоні вона становить близько 30–35°С, а в полярних морях знижується до 0...–2°С.

Велика маса океанічних вод, які перебувають в постійному русі завдяки неоднаковій інтенсивності прогрівання поверхні на різних широтах, відіграють велике значення для формування клімату та інших екологічних факторів.

У водах Світового океану розчинено багато газів, з яких найважливішими є кисень і диоксид карбону. Загальна маса диксиду карбону в океанічних водах перевищує його масу в атмосфері приблизно в 60 разів.

• Загальна кількість води на планеті складає приблизно 1,455 млрд. км³, в тому числі об’єм прісної води – 28 млн. км³, що складає 1,94% від загальних запасів води у гідросфері;

• Загальний об’єм води Світового океану становить 1,370 млрд. км³, або 94,21% від загального об’єму води у гідросфері;

• Об’єм підземних вод становить близько 60 млн км³, що складає приблизно 4,12% від загальних запасів води, в тому числі об’єм прісної води – 4 млн. км³, що складає 14,16% від загальних запасів прісної води;

• Об’єм води льодовиків становить 24 млн км³, що складає приблизно 1,65% від загальних запасів води на планеті і 84,95% від загальних запасів прісної води;

• Об’єм води в озерах складає 0,28 млн. км³, що складає приблизно 0,019% від загальних запасів води на планеті, в тому числі об’єм прісної води – 0,155 млн. км³, що складає 0,55% від загальних запасів прісної води;

• Об’єм води в річках становить 1,2 тис. км³, що складає приблизно 0,0001% від загальних запасів води на планеті, в тому числі об’єм прісної води – 1,2 тис. км³, що складає 0,004% від загальних запасів прісної води.

Вода виконує важливі екологічні функції, вона є:

• найважливішою мінеральною сировиною, головним природним ресурсом споживання – людство використовує її в 1000 разів більше, ніж вугілля чи нафти;

• основною складовою частиною всіх живих організмів;

• основним кліматорегулюючим фактором;

• основним механізмом здійснення взаємозв’язків усіх процесів в екосистемах – обмін речовин, тепла, ріст біомаси;

• головним агентом-переносником глобальних біоенергетичних екологічних циклів;

• джерелом енергії;

• переносником забруднювальних речовин у навколишнє середовище.