Литосфера. Северный Ледовитый океан исследован еще очень мало, однако за последние годы сделаны крупные открытия советскими дрейфующими полярными научными станциями

Северный Ледовитый океан исследован еще очень мало, однако за последние годы сделаны крупные открытия советскими дрейфующими полярными научными станциями. В частности открыт подводный хребет имени М. В. Ломоносова, пересекающий Северный Ледовитый океан от Новосибирских островов до Гренландии. Для него характерна обширная площадь глубин, ограниченная изобатой в 3 тыс. м в средней (околополярной) части океана, и две впадины между Гренландией и Скандинавским полуост­ровом.

Обширные площади материковых отмелей Евразии и Северной Америки окружают глубоководную срединную часть океана. Наибольшая глубина (известная в настоящее время) достигает свыше 5220 м.

 

 

Литосфера

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, постепенно переходящая в сферы с меньшей прочностью вещества и включающая в себя земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы составляет от 5 до 200 км, в том числе земной коры до 50 – 70 км на континентах и 5 – 10 км на дне океана. Литосфера (или иначе земля) – важнейшая часть окружающей природной среды, характеризующаяся площадью, рельефом, почвенным покровом, растительностью, недрами, а также пространством для размещения всех отраслей хозяйственной деятельности человека.

Литосфера состоит из двух частей: материнской породы (магмы), разрушенной химическими процессами до появления жизни на Земле, и более поверхностной ее части – почвенного покрова (почвы), сформированного после появления жизни на нашей планете.

Почвенный покров занимает особое место среди природных ресурсов нашей планеты, т.к. обладает уникальным свойством – плодородием, т.е. способностью обеспечивать питание растений и их биологическую продуктивность. От всех других планет Земля отличается наличием на ней почвы. Тончайший слой почвы (около 20 см) составляет ничтожные доли процента от мас­сы и объема Земли. Но именно эти ничтожные доли взаимодействуют с Солнцем таким образом, что обеспечивает существование растительного и животного мира. Это определяет незаменимость почвы в сельскохозяйственном производстве.

Почва, являясь составной частью литосферы, играет роль базисного и функционального компонента всех наземных и пресноводных экосистем как естественных, так и антропогенных. Кроме того, почва представляет собой естественную среду, поглощающую и перерабатывающую основную массу отходов бытовой и производственной деятельности человека. В природе отсутствуют ресурсы, альтернативные почвенному покрову, поэтому литосфера является исходной материальной основой благосостояния человечества, основным средством производства.

Почва наряду с воздухом и водой является средой, с которой человек непосредственно связан в течение всей жизни. Обитая на поверхности земли, добывая из почвы воду, производя различные земельные и сельскохозяйственные работы, человек постоянно подвергается воздействию отдельных почвенных факторов, которые в зависимости от условий могут различно влиять на состояние его здоровья.

Наибольшее практическое гигиеническое значение имеют поверхностные слои почвы, которые способны удерживать воду, не пропуская ее в глубокие слои, вести к заболоченности, созданию малярийных очагов и ухудшению климатических условий (повышенная влажность). Эти же поверхностные слои почвы более всего доступны загрязнению извне и при попадании органических веществ животного происхождения могут представлять собой эпидемиологическую опасность вследствие возможного занесения с отбросами патогенных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок насекомых. Отдельные группы их могут обусловить возникновение и передачу эпидемических и эндемических заболеваний.

Почвенный покров Земли отличается большим разнообразием, так как он меняется во времени под воздействием естественных и антропогенных факторов. Естественные факторы (тепло, влага, ветер, радиация и т.д.) и вызываемые ими геологические явления (вулканические извержения, землетрясения, наводнения и т.д.) существенно изменяют характер литосферы в отдельных регионах нашей планеты. Под их влиянием формируются многочисленные виды и разновидности почв. Помимо этого характер почвенного покрова во многом определяется человеком, деятельность которого, особенно в городских экосистемах, приводит к уничтожению естественных почв и формированию антропогенных.

Формирование почвенного профиля в естественных условиях зависит от типа почвообразовательного процесса. Он определяется комплексом природных условий почвообразования, характерных для конкретного ландшафта. По типу почвенного профиля, по особенностям залегания горизонтов можно восстановить физико-географическую обстановку, в которой происходило формирование почв на протяжении сотен и даже тысяч лет. Для антропогенных почв выполнить реставрацию в таком объеме невозможно, т.к. любое антропогенное воздействие налагается на уже существующий почвообразовательный процесс. Но анализ таких почв помогает выявить ретроспективу и особенности антропогенных воздействий. Например, процесс становления поселений, развитие ремесленных промыслов, особенности культуры и быта.

Почвенный покров Земли является сложной трехфазной средой, содержащей твердые (минеральные), жидкие (почвенная влага) и газообразные компоненты. Он сформировался в результате сложных и длительных преобразований верхних слоев литосферы под влиянием воды, атмосферы, климата, растений, животных, микроорганизмов и производственной деятельности человека. Это определило особенности почвы как биокосного тела, содержащего живые и неживые компоненты, как основного элемента биосферы. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Из нее вредные вещества могут попадать в грунтовую и поверхностную воду, растения, в атмосферный воздух. Кроме того, здесь происходят процессы самоочищения почвы.

На территории России естественным путем сформировалось более 90 видов почв. В результате хозяйственной деятельности человека образовалось три типа почв:

· естественная почва вне населенных мест, которая может быть использована для строительства и сельскохзяйственного производства;

· искусственно-созданная почва населенных мест в результате смешения с отходами жизнедеятельности, строительства и промышленности. Это культурный слой Земли мощностью от 30 см до 10 м.

· искусственные покрытия почвы (асфальт, бетон и др.).

Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. В почве происходит физико-химическая и биологическая адсорбция, трансформация и нейтрализация различных загрязнений. Нарушение этого элемента биосферы может необратимо нарушить сложившееся функционирование биосферы. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.

Различают несколько пород почвы:

· каменистая;

· песчаная, если в ней более 80% песка;

· супесчаная при содержании до 30% глины;

· суглинистая при содержании до 50% глины; глинистая, если глины больше 50%;

· известковая при наличии более 50% извести;

· меловая, содержащая более 50% мела; солончаковая, богатая хлоридом натрия;

· черноземная, содержащая свыше 20% гумуса (перегноя), образующегося из продуктов разложения растительных и животных организмов; торфяная, в которой основным компонентом являются органические частицы гумуса.

Поверхностный слой почвы представляет собой сложный комплекс минеральных соединений (90-99%) и органических веществ (1-10%). Минеральная часть состоит в основном из песка, глины, извести и ила с входящими в них солями кремния, алюминия, кальция, магния и др.; органическая часть - из гумуса (перегноя), в ней содержится большое количество микроорганизмов.

Важной особенностью почвы является наличие органических веществ, которые образуются в результате биохимических процессов разложения умерших организмов. Биохимические процессы распада органических веществ почвы (сапрофагия) обусловлены микробами, личинками насекомых (мух, клещей) и червями. Большинство почвенных микробов относится к гнилостным микроорганизмам (сапрофитам), усваивающих белок, разлагающих клетчатку и фиксирующих азот из воздуха. Количество бактерий в 1г может достигать 100 млн. Содержание бактерий в почве изменяется с глубиной. Верхние слои почвы содержат относительно мало бактерий, так как почва сверху подвергается действию солнечных лучей и высыханию. Наибольшее количество бактерий содержит слой почвы от 1 до 50 см. На глубине 4-5 м почва содержит незначительное количество микроорганизмов из-за низкой температуры, недостатка питательных веществ и кислорода.

Биохимические процессы в почве определяют ее способность к самоочищению, т.е. способность превращать сложные органические вещества в простые – неорганические. Самоочищение почвы эффективнее происходит в аэробных условиях. При этом различают два этапа:

1. Распад органических веществ (минерализация).

2. Синтез гумуса (гумификация).

В процессе минерализации белки распадаются на аминокислоты, а затем под действием микроорганизмов – на аммиак, воду и углекислый газ. Кроме того, в процессе самоочищения в почве могут накапливаться сероводород и различные токсические примеси.

В анаэробных условиях как белковые, так и небелковые азотсодержащие вещества разлагаются до карбоната аммония. При отсутствии кислорода возможен процесс восстановления нитратов до нитритов (денитрификация).

Характер и состав почвенного покрова в значительной степени зависят от климато-географических условий и рельефа местности.Рельефом принято называть совокупность неровностей поверхности. Наиболее крупными типами рельефа поверхности каменной оболочки земного шара являются океанические впадины и материки. На дне морей и океанов и на континентах выделяют равнинный и горный типы рельефа.

В результате перемещения или превращения веществ почва обычно расчленяется на отдельные слои или горизонты. Соотношение и протяженность горизонтов по глубине зависит от типа почв. Самый верхний горизонт, содержащий продукты перегнивания органических веществ, является самым плодородным. Он называется гумусовым или перегнойным. Его мощность – 10 – 15 см.

Гумус представляет собой неоднородную смесь растительных и животных остатков, разложившихся под действием микроорганизмов. В состав гумуса входят 55% лигнина, 7-14% клетчатки и практически все классы органических соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты, белки, жиры, углеводы, продукты распада лигнина. Гумус содержит огромные запасы углерода, значительно превышающие его содержание в биомассе.

Над гумусовым горизонтом располагается слой растительного опада, который называют подстилкой. Он состоит из еще неразложившихся растительных остатков. В подстилке функционирует грибная микрофлора, в результате жизнедеятельности которой образуются сильные органические кислоты - фульвокислоты. Это большая группа кислот (креновая, апокреновая и др.), имеющие желтую окраску, по которой они и получили свое название.

Фульвокислоты хорошо растворимы в воде и обладают способностью разлагать все минералы за исключением кварца и полевых шпатов. Проникая в почву из лесной подстилки с нисходящими токами воды, они вымывают минералы, например, оксиды железа, придающие почве красную окраску. Происходит обесцвечивание почвы, а повышенное содержание кварца придает ей белесую окраску, напоминающую цвет древесной золы. Такой почвенный горизонт получил название подзолистый.

Ниже гумусового горизонта расположен малоплодородный слой толщиной 10 – 12 см. Питательные вещества вымыты из него водой, поэтому его называют горизонтом вымывания. Далее залегает материнская порода.

В процессах почвообразования большое значение имеют физические и химические характеристики почвы. К числу важнейших физических характеристик почвы следует отнести пористость, воздухопроницаемость, водопроницаемость, влагоемкость и капиллярность.

Пористость характеризует объем пор в почве. Почвенные поры имеют разные размеры. Самые крупные поры характерны для каменистой почвы, очень мелкие – для глинистой, а самые мелкие – для торфяной почвы. Пористость определяет фильтрационную и очищающую способность почвы. Оптимум пористости почвы находится в пределах 60-65%.

Воздухопроницаемость почвы зависит от колебаний температуры величины частиц почвы и барометрического давления. Наилучшей воздухопроницаемостью обладает крупнозернистая и сухая почва. С повышением температуры и барометрического давления содержание воздуха в почве уменьшается.

Основными почвенными газами являются кислород и углекислый газ, содержание которых в слое почвы до 6 м колеблется соответственно на уровне 14,2-20% и 0,6-8,0%. В загрязненных почвах содержание углекислого газа увеличивается, а содержание кислорода уменьшается. При снижении содержания кислорода до 2% и менее процессы самоочищения почвы резко замедляются

Воздухопроницаемость имеет большое экологическое и гигиеническое значение, оказывая влияние на процессы самоочищения почвы. В крупнозернистых почвах воздухопроницаемость значительно больше, чем в мелкозернистых, а потому в них создаются лучшие условия для притока кислорода из атмосферы и окисления за счет этого органических веществ, что способствует освобождению почвы от поступивших в нее отбросов животного происхождения. В почвенном воздухе в связи с разложением органических веществ меньше кислорода, чем в атмосфере, и больше углекислоты. В нем могут находиться аммиак, сероводород, летучие углеводороды и жирные кислоты, указывая на загрязненные почвы гниющими органическими веществами.

Водопроницаемость или фильтрационная способность почвы связана со способностью впитывать и пропускать воду, поступающую с поверхности. Этот процесс осуществляется в две стадии. В первой стадии происходит впитывание, заполнение свободных пор водой. Во второй стадии вода фильтруется в водоносный слой. Эти процессы имеют большое значение для очистки загрязненных поверхностных вод, а также для дренирования. Чем меньше фильтрующая способность почвы, тем менее она пригодна для строительства и размещения объектов коммунального назначения.

Влагоемкость почвы определяет способность почвы удерживать влагу. Она зависит главным образом от общего объема пор, который в мелкозернистых почвах больше, чем в крупнозернистых, а также от размера самих пор: мелкие поры больше задерживают воду, препятствуя ее стеканию и испарению. Поэтому мелкозернистые почвы бывают более сырыми, что характерно для глинистой и торфяной почвы. Большая влагоемкость почвы ведет к отсыреванию зданий, уменьшению воздухопроницаемости, снижению способности очищения сточных вод.

Под капиллярностью почвы понимают её способность перемещать и поднимать воду по капиллярам. Это свойство почвы зависит от пористости и зернистости.

Перечисленные физические свойства почвы в значительной степени влияют на экологические, микроклиматические и санитарные условия антропоэкосистемы. Они имеют большое значение при планировании жилой застройки и хозяйственных объектов, для организации эффективной системы сбора, хранения, обеззараживания и удаления твердых и жидких отходов.

Важнейшими химическими свойствами почвы являются концентрация солей в почвенном растворе, кислотность, оказывающая значительное влияние на активность почвенных микроорганизмов и усвоение растениями азота, а также обменная или поглотительная способность почвы. Чем выше концентрация солей в почвенном растворе, тем менее они доступны растениям. Питательные вещества из почвы поступают в растение через корневые окончания в ионной форме: катионы оснований, например, обмениваются на катионы водорода, источником которых могут быть органические кислоты. Корни растений извлекают из почвы водорастворимые неорганические соединения азота, серы, фосфора, а также соли калия и кальция. Таким образом, растительность создает непрерывный поток минеральных веществ из более глубоких слоев почвы к ее поверхности, т.е. обеспечивает их биологическую миграцию. Кроме того, растения являются основным звеном пищевой цепи, по которой вещества, содержащиеся в почве, попадают к животным и человеку.

Основная масса минеральной части почвы состоит из таких элементов, как кремний, алюминий, железо, кальций, магний, фосфор и сера. Другие элементы (бор, фтор, йод, мышьяк, молибден) содержатся в почве в меньших количествах. В различных регионах их содержание в почве распределено неравномерно. В связи с этим выделяют биогеохимические провинции, характеризующиеся повышенным или пониженным содержанием отдельных микроэлементов. На территории этих биогеохимических провинций развиваются биогеохимические эндемии: флюороз (избыток фтора), кариес зубов (недостаток фтора), эндемический зоб, кретинизм (недостаток йода).

Являясь одним из компонентов биосферы, почва выполняет в ней ряд глобальных экологических функций, которые не могут быть выполнены никакой другой частью биосферы. Экологические функции почв в биосфере базируются на двух основополагающих ее качествах. Во-первых, почва служит средой обитания и физической опорой для огромного числа организмов. Во-вторых, почва является необходимым, незаменимым звеном и регулятором всех биогеохимических циклов.

Первая и главная экологическая функция почвы заключается в обеспечении жизни на Земле. Эта функция определяется тем, что именно в почве концентрируются необходимые организмам элементы в доступных им формах химических соединений. Кроме того, почва обладает способностью аккумулировать необходимый для жизнедеятельности продуцентов наземных экосистем запас воды. Наконец, почва служит оптимальной средой для укоренения наземных растений и формирования их биомассы, обитания многочисленных беспозвоночных и позвоночных животных, разнообразных микроорганизмов. Именно эта функция почвы характеризуется понятием “плодородие”.

Вторая экологическая функция почвы заключается в регулировании всех потоков вещества в биосфере. Все биогеохимические циклы таких важнейших элементов, как углерод, азот, кислород, сера, фосфор, железо, а также циклы воды осуществляются именно через почву. Почва – это связующее звено и регулирующий механизм в системах биологической и геологической циркуляции химических элементов.

Третья экологическая функция почвы – глобальное регулирование состава атмосферы и гидросферы. Атмосферная функция почвы осуществляется благодаря ее высокой пористости (40–60% объема) и плотной заселенности организмами, благодаря чему идет постоянный газообмен между почвой и атмосферой. Почва постоянно поставляет в атмосферу различные газы, в том числе и “парниковые” – диоксид углерода, метан. Одновременно почва поглощает кислород из атмосферы. Таким образом, в системе «почва–атмосфера» почва является генератором одних газов и поглотителем для других.

Почва избирательно отдает в поверхностный и подземный водосток растворимые в воде химические вещества, определяя тем самым гидрохимическую обстановку в водах суши и прибрежной части океана.

Четвертой экологической функцией почвы является накопление в поверхностной части земной коры специфического органического вещества – гумуса и связанной с ним химической энергии.

Пятая экологическая функция почвы заключается в ее защитной роли по отношению к нижележащим слоям литосферы. Почва защищает их от воздействия экзогенных факторов.

Наконец, шестая экологическая функция почвы – это генерирование и сохранение биологического разнообразия. Почва, являясь средой обитания для огромного числа организмов, ограничивает жизнедеятельность одних и стимулирует активность других. Чрезвычайно большое разнообразие почвенных свойств, и их сочетание создают огромное разнообразие условий жизнедеятельности организмов.

По отношению к человеку почва имеет еще одну специфическую функцию, являясь главным средством сельскохозяйственного производства и местом поселения людей.

На Земле сегодня насчитывается около 80 тысяч видов съедоб­ных растений, а кормят человечество только 30 сельскохозяйствен­ных культур. Пшеница, рис, кукуруза, картофель являются основ­ными, дают больше продовольствия, чем все остальные культуры вместе взятые.