Географическая оболочка земли. Закономерности развития географической оболочки

Географическая оболочка — это область взаимодействия внутрипланетарных эндогенных и внешних — экзогенных и космических процессов, которые осуществляются при активном участии органического вещества. Отсюда границы географической оболочки должны определяться условиями, при которых возможно существование белковых тел, составляющих основу жизни на Земле. Нижняя граница регламентируется изотермой 100°С, т.е. располагается на глубине порядка 10 км; верхняя — на высоте 10-15 км под озоновым слоем, экранирующим ультрафиолетовое излучение Солнца, губительное для живого вещества.

Таким образом, толщина географической оболочки составляет 20-25 км и включает верхи , гидросферу, атмосферу и насыщающее их органическое вещество.

Особенности эволюции географической оболочки определяются в первую очередь темпами накопления свободной воды на поверхности планеты. Именно здесь в пограничной области процессы взаимодействия идут наиболее активно, создавая многообразие форм земной поверхности, очертаний континентальных, морских и океанических областей, разнообразие органического мира, наземных и подводных .

Проекция внутрипланетарных процессов на земную поверхность и последующее взаимодействие их с солнечным излучением в конечном счете отражается в формировании главных компонентов географической оболочки — верхов земной коры, рельефа, гидросферы, атмосферы и биосферы. Следовательно, для выявления закономерностей ее эволюции необходимо исследовать динамику эндогенного режима планеты, эволюции магматизма, свободной воды и рельефа земной поверхности. С появлением воды создаются предпосылки для формирования кислородной и развитой биосферы.

Современное состояние географической оболочки — результат ее длительной эволюции, начиная с возникновения . Правильное понимание процессов и явлений различного пространственно-временного масштаба, протекающих в географической оболочке, требует, по меньшей мере, многоуровенного их рассмотрения, начиная с глобального — общепланетарного. Вместе с тем исследование процессов такого масштаба до последнего времени считалось прерогативой геологических наук. В общегеографическом синтезе информация этого уровня практически не использовалась, а если и привлекалась, то довольно пассивно и ограниченно. Однако отраслевое подразделение естественных наук достаточно условно и не имеет четких границ. Объект исследований у них общий — Земля и ее космическое окружение.

В результате термохимических реакций, идущих в зоне внешнего ядра Земли образуются металлы, их окислы, летучие вещества и вода. Легкие продукты реакций и избытки тепла диффундируют под подошву каменной оболочки — перисферы. Из-за более низкой теплопроводности последней они не сразу прорвутся на поверхность планеты, а, скапливаясь под подошвой перисферы, формируют зону вторичного разогрева верхней мантии — астеносферу. Периодическая разгрузка астеносферы от избытков магматического материала, летучих и тепла в результате вулканизма сопровождается формированием в ней разуплотненного пространства. Вышележащая каменная оболочка перисферы, следуя уменьшающемуся объему, пассивно проседает над этими областями, образуя отрицательные формы рельефа на поверхности Земли. Области, где такого проседания не происходит, сохраняются в виде остаточных возвышенностей. Все это подтверждается приуроченностью трапповых провинций континентов к синеклизам платформ, тесной связью массовых платобазальтовых излияний с образованием океанических впадин в кайнозое (Орленок, 1985). Уменьшение объема Земли за счет уплотнения протовещества, диссипации водорода, других газов и продуктов диссоциации воды сопровождается сокращением радиуса планеты и площади ее поверхности. Согласно нашим расчетам, убыль массы за всю составила примерно 4,2·10 25 г, что соответствует сокращению объема на 4,0·10 26 см 3 и радиуса на 630 км. Таким образом отображает прежде всего уровни различного опускания сферы в ходе общей контракции. Этот процесс неравномерен как в пространстве, так и во времени. Неравномерные вдоль радиуса опускания сферы ведут к образованию разновысотных поверхностей выравнивания.

Иными словами, сокращение поверхности сжимающейся сферы достигается не всеобщим пликативным сжатием ее каменной оболочки, как это предполагалось Эли де Бомоном и Э. Зюссом, исходивших из модели первоначально огненно-жидкой Земли, а опусканием на разные уровни отдельных ее блоков. И в этом главное отличие “холодной” контракции от классической контракции Зюсса, помимо ее исходной посылки. Огибающая этих дискретных поверхностей равна по площади начальной поверхности Земли.

Сокращение поверхности Земли вследствие уменьшения ее объема и прогрессирующего уменьшения радиуса ведет к увеличению контрастности и глубины расчлененности рельефа твердой перисферы. Следовательно, размах амплитуды дифференцированности рельефа планеты прямо пропорционален ее возрасту и внутренней активности и обратно пропорционален экзогенному фактору, характеризующему интенсивность разрушения рельефа, что в конечном итоге определяется наличием или отсутствием свободной воды на поверхности планеты. Океанические и континентальные блоки — это наивысшие гармоники контракции, образовавшиеся в ходе глобального сжатия сферы, каменная оболочка которой — перисфера, проседая над разуплотненными пространствами астеносферы, пассивно приспосабливается к уменьшающему объему шара. Впадины и возвышенности в пределах этих главных геотекстур гармоники сжатия более высокого порядка, наложившиеся в более поздние этапы развития Земли в ходе ее контракции.

Следы контракционной эволюции можно наблюдать на других планетах и звездах. Многократное гравитационное коллапсирование массивных звезд по мере выработки термоядерного горючего считается основой современной теории их эволюции. Энергетику горизонтальных движений в условиях Земли теоретики неомобилизма ищут в механизме мантийной конвекции. В условиях звезды такой механизм подтверждается наблюдениями и обоснован теоретически. На холодной и неоднородной планете, где преобладают гравитационные силы сжатия, существование такого механизма постулируется. Однако надежные доказательства его существования вряд ли могут быть найдены. Термодинамические условия на планетах и звездах различны, отсюда различна и динамика их внешних оболочек. Мобильность плазменной оболочки предопределена необходимостью переноса избытка тепла из недр звезды. Горизонтальная мобильность каменной оболочки планеты в условиях отсутствия сплошного атмосферного слоя не имеет удовлетворительного энергетического объяснения.

Когда и как образовалась земная и каковы пути ее дальнейшей эволюции? Это оставалось вне внимания исследователей. Вместе с тем вода — главнейший итог эволюции протовещества. Ее постепенное (до рубежа между мезозойской и кайнозойской эрами) накопление на поверхности планеты сопровождалось и разноамплитудными нисходящими движениями перисферы. Это в свою очередь определило ход эволюции газовой оболочки, рельефа, соотношения площади и конфигурации суши и моря, а с ними и условий седиментации, и жизни. Иными словами, вырабатываемая планетой и выносимая на поверхность свободная вода по существу обусловила ход эволюции географической оболочки. Без нее облик Земли, ее ландшафты, климат, органический мир были бы совершенно иными. Прообраз такой Земли легко угадывается на безводной и безжизненной поверхности Венеры, отчасти Луны и Марса.

Рубеж мезозоя и кайнозоя, характеризуется ускорением выноса свободной воды на поверхность Земли в результате спонтанной дегидратации протовещества (Орленок, 1985). Внешним проявлением этого процесса явилась океанизация Земли. Это общепланетарный процесс, включающий дегидратацию, массовый вулканизм и опускание обширных сегментов перисферы. Стадия океанизации наступает в финале эволюции протопланетного вещества, а общая длительность этого процесса в условиях Земли определяется в 140-160 млн. лет. В ходе океанизации происходит формирование континентальных массивов, постепенное увеличение контрастности их рельефа. Скорость и объемы перемещения протовещества из астеносферы на поверхность Земли и последующая их дезинтеграция и размыв в период океанизации, по-видимому, были значительно выше, чем в доокеаническую эпоху.

Для предшествовавших этапов эволюции были характерны лишь более или менее равномерно распределенные по земной поверхности мелководные . Это подтверждается преимущественно мелководным обликом палеозоя и мезозоя в пределах континентальных блоков, отсутствием широтной дифференциации климата и относительно слабой расчлененностью рельефа. В таких условиях темпы эволюции географической оболочки, включая накопление, перемещение и денудацию выносимого из астеносферы материала, были по меньшей мере на порядок менее интенсивными, чем в эпоху океанизации.

Современные темпы денудации земной поверхности, оцениваемые по объему и массе твердого , составляют примерно 0,8 км/10 7 лет. Они сохранились в среднем такими лишь в последние 60-70 млн. лет, т.е. после начала образования океанических бассейнов и обособления современных континентов. Ускорение процессов денудации вызывалось увеличением амплитуды рельефа и понижением базиса . Следовательно, за 60-70 ·10 6 лет мощность переработанной коры составила примерно 5-6 км.

В раннем фанерозое и докембрии скорость денудации слабо расчлененной земной поверхности была, вероятно, на порядок ниже, т.е. за 3,9·10 9 лет мощность переработанной коры составила примерно 31 км. Общая мощность дезинтегрированных и окисленных за 4·10 9 лет составила 35-37 км. Полученная оценка хотя и весьма приблизительна — сопоставима со средней мощностью земной коры, равной 33 км. Можно предположить, что граница Мохоровичича в ряде случаев представляет погребенную поверхность протопланеты, сложенную веществом возраста более 4·10 9 лет. Вся вышележащая толща сформирована вулканическим материалом, выброшенным из астеносферы на поверхность планеты. Дезинтеграция и окисление этого материала при взаимодействии с солнечным теплом, водой и биосферой совместно с процессами метаморфизма в ходе нисходящей ундуляции перисферы и создали наблюдаемое многообразие форм и состава земной коры — важнейшего элемента географической оболочки.

Важнейшим показателем внутренней активности планеты и эволюции географической оболочки является земная гидросфера. Длительное время существовали представления о постоянстве ее объема или небольших и равномерных поступлениях за геологическое время. Однако количественные оценки эндогенных поступлений и фотолитических потерь земной гидросферы показали, что до рубежа мезозоя и кайнозоя скорость выноса свободной воды на поверхность Земли была на порядок ниже, чем в последние 70 млн. лет.

До юры она составляла порядка 0,01 мм/1000 лет и в кайнозое более 0,1 мм/1000 лет, причем в последние 5 млн. лет достигла наивысшего значения — 0,6 мм/1000 лет (Орленок, 1985). Зная общую массу вулканического материала, можно определить количество воды принесенное на земную поверхность за 4·10 9 лет геологической активности. Поскольку переработке подвергалось протовещество, в котором содержится в среднем 5% воды, от общей массы вулканического материала 3,6·10 25 г — это составит 1,8·10 24 г. Потери на фотолиз за это время при средней скорости 7,0·10 15 г/год составили бы 2,8·10 24 г. Но это при условии, что площадь зеркала морей и праокеана была соизмерима с современной. Однако это более чем в 20 раз превышает общую массу воды переброшенной на поверхность Земли за время ее геологической активности. Отсюда мы получаем еще одно независимое свидетельство, что в докайнозойское время современных размеров не существовало на поверхности планеты, а общая площадь морских бассейнов была более чем на порядок меньше современной общей площади зеркала вод морей и океана. Только при таком соотношении суши и моря приведенное значение фотолитических потерь, которые зависят в первую очередь от площади, поверхность испарения должна быть уменьшена на порядок и более »1,4*10 23 г. Современный содержит 1,6*10 24 г. Общая масса вынесенной на земную поверхность воды оценивается величиной 4,0*10 24 г. Часть воды поступила невулканическим путем (по глубинным разломам, сольфатарам, фумаролам, ювенильные воды). За последние 70 млн. лет темпы выноса воды возросли более чем на порядок и составили 2,2*10 24 г. Таким образом, почти половина выработанной планетной воды поступила за период океанизации.

Итак, Мировой океан — молодое геологическое образование преимущественно кайнозойского возраста. Никогда ранее на Земле не было подобного глубоководного и обширного резервуара свободной воды. Тщетно искать следы древних океанов на современной суше — их там никогда не было. Об этом свидетельствует и преимущественно мелководный облик осадков палеозоя и мезозоя континентальных платформ и океанических котловин.

Расчеты показывают, что Земля еще в состоянии произвести около полутора объемов вод Мирового океана. При сохранении современных темпов дегидратации это займет еще примерно 80 млн. лет, после чего ресурсы протовещества будут выработаны и поступление воды на поверхность полностью прекратится. При отрицательном балансе водных поступлений и современных темпах фотолиза планета может полностью потерять водную оболочку через 20-30 млн. лет.

Каковы прогнозы эволюции географической оболочки на более близкую перспективу? При наблюдаемых темпах поступления эндогенной воды — 0,6 мм в 1000 лет — через 10 тыс. лет уровень океана поднимется на 6 м. Это неизбежно будет сопровождаться ускорением таяния полярных и . Их исчезновение повысит уровень в ближайшие тысячелетия еще на 63 м, что приведет к затоплению всей низменной суши, треть которой лежит на отметке ниже 100 м. Через 100 тыс. лет уровень моря поднимется еще на 60 м и достигнет +120-130 м. Под водой окажутся все Земли. В дальнейшем подъем уровня воды замедлится, пока темпы фотолитических потерь не превысят темпы эндогенных поступлений. Согласно нашим расчетам, максимум океанизации достигнет в ближайшие сотни тысяч лет, а затем начнется падение уровня океана. Таким образом, океанизация — это финал новейшей эволюции планетарного вещества, а продолжительность его в условиях Земли составляет 140-160 млн. лет.

Анализ эволюции географической оболочки будет неполным, если не рассмотреть еще один ее компонент — атмосферу. Как и гидросфера, газовая оболочка Земли формировалась за счет дегазации и вулканизма из зоны астеносферы. В связи с этим следовало бы ожидать, что ее состав будет близок составу глубинных газов, т.е. она должна содержать Н 2 , СН 2 , NН 3 , Н 2 S, СО 2 и др. Вероятно, таким состав атмосферы был бы в глубоком докембрии. С началом фотолиза паров выносимой воды в атмосфере образовались атомы водорода и свободный молекулярный кислород. Свободные атомы водорода поднимались в верхние зоны атмосферы и диссипировали в космос. Молекула кислорода достаточно велика, чтобы диссипировать, поэтому опускаясь в нижние зоны атмосферы, она становится ее важнейшим компонентом. Постепенно накапливаясь, кислород положил начало химическим процессам в земной атмосфере. Благодаря химической активности кислорода в первичной атмосфере начались процессы окисления глубинных газов. Образовавшиеся при этом окислы выпадали в осадок. Часть газов, в том числе и метана, осталась в коллекторах земной коры, дав начало глубинным залежам нефти и .

Фотолитическое образование кислорода атмосферы было основным процессом в начале эволюции Земли. По мере очищения от глубинных газов формировалась вторичная на основе углекислоты и двуокиси азота, создавались условия для появления фотосинтезирующих сине-зеленых водорослей и бактерий. С их появлением процесс насыщения атмосферы кислородом значительно ускорился. При ассимиляции углекислоты зелеными растениями образовывался кислород, а почвенными бактериями — азот. По мере накопления свободной воды на поверхности Земли и появления многочисленных морских бассейнов происходит связывание СО 2 атмосферы и химическое осаждение доломитов. Повсеместное интенсивное химическое доломитообразование, по Н.М. Страхову (1962), завершается в палеозое и замещается биогенным. Следовательно, в палеозое происходит постепенное уменьшение содержания СО 2 в атмосфере и щелочного резерва в морских водах.

Неустойчивая вторичная атмосфера в конце палеозоя переходит в третичную, состоящую из смеси свободного азота и кислорода, причем количество кислорода продолжало накапливаться и в последующее время. Степень устойчивости этой современной атмосферы определяется массой планеты и характером ее взаимодействия с жестким солнечным излучением.

Земля непрерывно теряет газы с молекулярным весом менее 4, т.е. водород и гелий. Время полной диссипации атмосферного водорода при температуре газовой оболочки 1600 К составляет всего 4 года, гелия — 1,8 млн. лет, кислорода — 10 29 лет. Следовательно, постоянное присутствие в атмосфере водорода и гелия свидетельствует о непрерывном пополнении ими за счет глубинных газов. Диссипация начинается с высоты наибольшего разрежения атмосферы, т.е. примерно 500 км. Этот факт подтверждает действенность механизма фотолиза и эффективную потерю массы Землей (Ермолаев, 1975).

Таким образом, эволюция химического состава атмосферы происходила в тесной взаимосвязи с темпами накопления свободной воды на поверхности Земли и формированием морских седиментационных бассейнов. Вплоть до середины палеозоя (карбона), когда наземная растительность распространилась повсеместно, атмосферный кислород накапливался преимущественно фотолитическим путем. Начиная с карбона, этот процесс усилился за счет фотосинтеза. Изменение органического мира мезозоя и кайнозоя, по-видимому, обусловлено в немалой степени “кислородизацией” атмосферы.

В ходе эволюции осваивалась и насыщалась органическим веществом. Адаптируясь к изменяющимся условиям, прошла длинный путь от простейших одноклеточных до сложных многофункциональных органических систем, венцом которых около 50 тыс. лет стал хомо сапиенс. “Человек, как всякое живое вещество, есть функция биосферы, — писал В.И. , — а взрыв научной мысли в XX столетии был подготовлен всем прошлым земной биосферы”. Постепенная цивилизация человечества явилась не чем иным, как формой организации этой новой геологической силы на поверхности Земли. Хомо сапиенс как активный фактор географической оболочки, в отличие от остальной сосуществующей с ним биосферы, характеризуется наличием разума, а с точки зрения экологии разум — это высшая способность целесообразно реагировать на изменение внешних условий.

Из проведенного анализа также видно, что современный баланс суши и моря оказывается величиной непостоянной. Становится также понятным, что зарождение и развитие земной цивилизации пришлось на лучшую пору эволюции географической оболочки в смысле сбалансированности суши и моря, органического мира и т.д. Однако уже в ближайшее время цивилизации придется вести трудную борьбу с наступлением океана, приспосабливаться к новым условиям существования. Многие страны и начиная с XII века уже ведут эту борьбу, возводя дамбы и плотины на морских побережьях и в устьях . Будущее Земли еще в значительной мере зависит от ее внутренних ресурсов. А эти ресурсы, как мы видим, еще достаточно велики.

Введение

Географическая оболочка

1 Понятие и состав географической оболочки

2 Этапы формирования географической оболочки

Биосферный ярус географической оболочки и его эволюция

1 Понятие о биосфере

2 Круговорот углекислого газа, азота, кислорода и водорода

3 Эволюция биосферы в ноосферу

Развитие концепции ноосферы как дальнейшей эволюции биосферы

1 Этапы преобразования биосферы в техносферу

2 Концепция становления ноогенеза и техногенеза

Заключение

Список литературы

Введение

Данная исследовательская работа в области землеведения была очень актуальна во все времена. Эта тема не утратила свое значение и сейчас. Биосферный ярус является внешней оболочкой твердой части Земли, а его изучение необходимо для понимания всех географических процессов, происходящих на Земле.

Решение данной проблемы имеет как теоретическое, так и практическое значение. Изучая биосферный ярус географической оболочки, мы можем узнать, как происходила эволюция биосферного яруса, и как на ее протяжении сложилось стойкое динамическое равновесие, которое определялось потребительско-восстановительной функцией, т.е потребленные природные ресурсы постоянно и своевременно воссоздавались. С каждым этапом значительного роста численности населения ощутимым становились нарушение равновесия в биосфере. Это объясняется ростом природных ресурсов, на что впервые в 1798 г. указал Т. Мальтус. Сверхмощная техногенная деятельность человечества существенным образом изменяет биосферу Земли, которая, по определению В.И. Вернадского превратилась в ноосферу, т.е. сферу умной жизни. В.И. Вернадский сделал особенно значительный взнос в учение о ноосфере. По современным представлениям, ноосфера - это сфера сознательной деятельности человека в глобальном масштабе, взаимодействия общества и природы, в пределах которой умная деятельность человека становится главным, решающим фактором развития. Практическое значение данной проблемы заключается в том, что эти знания можно использовать в хозяйственной деятельности человека, а также в охране его труда и здоровья.

Объектом исследования является географическая оболочка. Предметом нашего исследования является биосферный ярус. Целью изучения этого вопроса является изучения биосферного яруса географической оболочки и его эволюция. Метод изучения этой работы является теоретический, а именно изучение различных литературных источников географической информации. Изучением данной темой занимались В.И. Вернадский, Э. Зюсс, Ф.Н. Мильков, и другие ученые. В своей работе я задал несколько вопросов: Что такое географическая оболочка? Какую роль играет в ней биосферный ярус? Какова была его эволюция? И какие нарушения может внести деятельность человека в биосферу Земли? С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой. Существует несколько трагичных для человечества преждевременных изменений состояния биосферы, некоторые из них связаны с деятельностью человечества.

1. Географическая оболочка

Наиболее общим объектом изучения географической науки является географическая оболочка. Термин «географическая оболочка» был предложен известным географом А.А. Григорьевым в 1932 г.

Географическая оболочка - самый большой на Земле природный комплекс, в котором литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера, сложно переплетаясь, взаимодействуют между собой, проникают друг в друга, обмениваются веществом и энергией. Каждый компонент комплекса имеет свой химический состав, отличается присущими только ему свойствами. В пределах оболочки как бы лежащей на границе планеты и космоса действуют как космические, так и внутренние силы. Одно из важнейших свойств географической оболочки - наличие веществ (прежде всего воды) одновременно в жидком, твердом и газообразном состоянии. Они могут иметь свою организацию вещества, закономерности развития, могут быть органическими или неорганическими.

Процессы, протекающие в географической оболочке, многообразны, тесно связаны между собой и могут быть легко нарушены. Они еще недостаточно изучены и значение их крайне важно для сохранения Земли и выживания человека. Географическая оболочка уникальна прежде всего тем, что в ней действуют, переплетаясь между собой, взаимно дополняя друг друга или сталкиваясь как противоположные, разные формы энергии: часть - земного, часть - космического. Обилие энергии порождает различные процессы - геологические, биологические, физические и химические. Мы говорим о том, что на земной поверхности происходит противоборство внешних и внутренних сил. Причем одни из них стремятся установить равновесие. Например: сила тяжести, с которой связаны и выравнивание рельефа, и стекание воды с его понижения. С силами притяжения Луны и Солнца связаны приливы и отливы. Среди внутренних источников энергии на первом месте стоит распад радиоактивных веществ, с которым связаны образование гор и движение литосферных плит, землетрясения и извержение вулканов, деятельность гейзеров, горячих источников. Все эти процессы сопровождаются обезвоживанием и дегазацией недр, т.е. выносом воды и газов на земную поверхность. Немалую роль играет и то, что Земля как общий магнит образует магнитное поле, которое влияет не только на процессы притяжения, но и на поведение электрических зарядов в атмосфере. Космическая энергия достигает поверхности Земли в виде различных излучений, из которых главенствует солнечная. Ее поступает очень много. Значительная часть солнечной энергии отражается обратно в космос. В солнечной энергии связаны два важнейших процесса, которые и создают на Земле уникальную оболочку. Это - круговорот воды и развитие жизни. Границы географической оболочки не выражены четко и проводятся различными учеными по-разному, так как основы для ее деления отличаются. Но чаще все проводят следующие границы.

Рис. 1. Географическая оболочка

К географической оболочке относится слой атмосферы, в котором отмечается наличие пыли, преимущественно вулканического происхождения, паров воды и могут существовать организмы. Высота этого слоя достигает 25-30 км, т.е. в состав географической оболочки входит тропосфера и нижние слои стратосферы. В литосфере к географической оболочке относится только часть земной коры, которая простирается от поверхности Земли до глубины несколько сотен метров, иногда до 4-5 км. Именно до этой глубины прослеживается воздействие атмосферы и гидросферы на литосферу. В состав географической оболочки входит почти вся гидросфера, за исключением незначительной ее части, которая находится на большой глубине. Самая большая часть географической оболочки - биосфера - одна из оболочек Земли, состав, свойства и процессы которой обусловлены деятельностью живых организмов. То есть, в основе выделения границ биосферы находится деятельность живых организмов, а в основе географической оболочки - наличие взаимодействия основных частей (сфер). Поэтому основные параметры биосферы и геосферы могут не совпадать. Относительно соотношения биосферы и географической оболочки Земли нет единого мнения. Если брать за основу наличие или отсутствие бактерий, то сфера обитания последних выходит за границы географической оболочки, так как споры бактерий обнаружены значительно выше тропосферы, а в нефтеносных слоях литосферы бактерии обнаружены на глубинах до нескольких километров. В пределах суши географической оболочки отдельные ученые выделяют ландшафтную сферу. Это небольшой по мощности слой (от 5-10 м в тундре, до 100-150 м в тропиках), включающий верхнюю часть коры выветривания, почву, растительность, животный мир, приземный слой воздуха, поверхностные и грунтовые воды.

.2 Этапы формирования географической оболочки

В жизни Земли непрерывно происходили и происходят изменения в развитии земной коры, климата, органического мира, а также всей географической оболочки. В процессе развития она непрерывно усложнялась. В своем развитии географическая оболочка прошла три этапа.

Началом первого - неорганического - можно считать появление атмосферы. Тогда существовали только простейшие организмы, и они принимали слабое участие в формировании географической оболочки. Атмосфера отличалась бедным составом свободного кислорода и высоким содержанием углекислоты.

На втором этапе географической оболочки образовалась биосфера, преобразившая все процессы, которые протекали в ней ранее. В ядре географической оболочки, в зоне активного взаимодействия литосферы, гидросферы и атмосферы, зародилась органическая жизнь, присутствие которой - вторая уникальная особенность не только одной из оболочек, но и Земли, как планеты в целом. Органическая жизнь в ее различных проявлениях, свойственная всей гидросфере, распространяется на несколько километров вглубь литосферы, разносится потоками воздуха по тропосфере. Зона органической жизни образует одну из специфических оболочек Земли - биосферу. Тонкий горизонт её с наибольшей концентрацией живого вещества на поверхности суши, океана, океанического дна получил название биострома (живого покрова).

На третьем этапе в географической оболочке появилось человеческое общество. Человек начал активно преобразовывать географическую оболочку. Его отличительная черта в том, что человек начинает активно влиять на развитие географической оболочки. От человека зависит, будет ли существовать географическая оболочка, останется она такой прекрасной.

географический оболочка биосфера ноосфера

2. Биосферный ярус географической оболочки и его эволюция

.1 Понятие о биосфере

Впервые понятие биосфера, как «область жизни», введено в науку Ж.Б. Ламарком в начале 19 века, а в геологию Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под этим термином совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами. Вернадский пошел значительно дальше. Его «биосфера не есть только так называемая область жизни». Это единство живого и косного вещества планеты. Но не только. Это еще и связь с космосом, с космическими излучениями, принимаемыми нашей планетой, строящими ее биосферу. Если с понятием «биосферы» по Зюссу связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой, газообразной) живых организмов, то по В.И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы. В таком случае под понятием биосферы понимается все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Биосфера охватывает часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу. Границы биосферы земли проводятся по границам распространения живых организмов, а это значит, что верхняя ее граница проходит на высоте озонового слоя на высоте 20-25 км, а нижняя граница проходит на той глубине, где перестают встречаться организмы.

Биосфера принципиально отличается от прочих земных оболочек поскольку является «комплексной». Она не только «покров» из живого вещества, но и среда обитания миллионов видов живых существ, в том числе и человека. Вернадский не только конкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической средообразующей силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности.

Рис. 2. Границы биосферы Земли

Многообразие живых систем поражает воображение. За все время эволюции жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых организмов (всего около 500 млн.). В настоящее время насчитывается около 1,2 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений. Минеральных же видов неживой материи (так называемое «косное вещество») насчитывается лишь около 10 тыс. видов. Отдельные живые организмы не существуют изолированно.

В процессе своей жизнедеятельности они соединяются в различные системы (сообщества), например, в популяции. В ходе эволюции образуется другой, качественно новый уровень живых систем, так называемые биоценозы - совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде обитания. Эволюция жизни постепенно приводит к росту и углублению дифференциации внутри биосферы. В совокупности с окружающей средой обитания, обмениваясь с ней веществом и энергией, биоценозы образуют новые системы - биогеоценозы или как их еще называют, экосистемы. Они могут быть разного масштаба: море, озеро, лес, роща и т.д. Биогеоценоз представляет собой естественную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота: от зеленых растений, создающих органическое вещество, до их потребителей, в итоге превращающих его вновь в минеральные элементы. Иначе говоря, биогеоценоз является элементарной ячейкой биосферы. Таким образом, в совокупности все живые организмы, и экосистемы образуют суперсистему - биосферу.

Говоря о принципах существования биосферы, В.И. Вернадский, прежде всего, уточняет понятие и способы функционирования живого вещества. Живой организм является неотъемлемой частью земной коры и изменяющим ее агентом, а живое вещество - это совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах. Организмы берут из окружающей среды химические элементы, строящие их тела, и возвращают их после смерти и в процессе жизни в ту же самую среду. Тем самым и жизнь, и косное вещество находятся в непрерывном тесном взаимодействии, в круговороте химических элементов. При этом живое вещество служит основным системообразующим фактором и связывает биосферу в единое целое. Обладая значительно большей активностью, чем неорганическая природа, живые организмы стремятся к постоянному совершенствованию и размножению соответствующих систем, включая биоценозы. Последние в свою очередь неизбежно входят во взаимодействие между собой, что в конечном счете уравновешивает живые системы различного уровня. В результате достигается динамическая гармония всей суперсистемы жизни - биосферы.

.2 Круговорот углекислого газа, азота, кислорода и водорода

Углекислый газ входит в состав всех органических веществ, а поэтому его круговорот наиболее распространен в природе. Он осуществляется при помощи трех групп организмов: продуцентов, консументов, редуцентов. Органическое вещество синтезируется зелеными растениями в процессе фотосинтеза из углекислого газа атмосферы, содержание которого равно лишь 0,03-0,04%. В гидросфере СО2 растворен в воде, и общее его содержание намного превышает атмосферное. Океан служит мощным буфером регуляции СО2 в атмосфере: при повышении в воздухе его концентрации увеличивается поглощение углекислого газа водой. Углекислый газ атмосферы и гидросферы представляет собой обменный фонд в круговороте углерода, откуда его черпают наземные растения и водоросли. Фотосинтез лежит в основе всех биологических круговоротов на Земле. Высвобождение фиксированного углерода происходит в ходе дыхательной активности самих фотосинтезирующих организмов и всех гетеротрофов - бактерий, грибов, животных, включающихся в цепи питания за счет живого или мертвого органического вещества.

Особенно активно происходит возврат в атмосферу СО2 из почвы, где сосредоточена деятельность многочисленных групп деструкторов и редуцентов и осуществляется дыхание корневых систем растений.

Рис. 3. Круговорот углерода в биосфере (по Б. Болину, 1972)

Этот интегральный процесс обозначается как «почвенное дыхание» и вносит существенный вклад в пополнение обменного фонда СО2 в воздухе. Параллельно с процессами минерализации органического вещества в почвах образуется гумус - богатый углеродом сложный и устойчивый молекулярный комплекс. Гумус является носителем почвенного плодородия, поскольку разрушается определенными группами микроорганизмов медленно и постепенно, обеспечивая равномерное питание растений. Гумус почв является одним из важных резервуаров углерода на суше.

В тех условиях, где деятельность деструкторов тормозится факторами внешней среды (например, при возникновении анаэробного режима в почвах и на дне водоемов), органическое вещество, накопленное растительностью, не разлагается, превращаясь со временем в такие породы, как каменный или бурый уголь, торф, сапропели, горючие сланцы и другие, богатые накопленной солнечной энергией. Они пополняют собой резервный фонд углерода. В биологическом круговороте участвуют лишь доли процента углерода от общего его количества на Земле. Углерод атмосферы и гидросферы многократно проходит через живые организмы. Растения суши способны исчерпать его запасы в воздухе за 4-5 лет, запасы в почвенном гумусе - за 300-400 лет. Основной возврат углерода в обменный фонд происходит за счет деятельности живых организмов, и лишь небольшая часть его (тысячные доли процента) компенсируется выделением из недр Земли в составе вулканических газов.

В настоящее время мощным фактором перевода углерода из резервного в обменный фонд биосферы становится добыча и сжигание огромных запасов горючих ископаемых. Благодаря увеличению сгорания горючих веществ содержание углекислого газа в атмосфере удвоится. Такие быстрые изменения содержания углекислого газа в атмосфере, вследствие которого происходит так называемый парниковый эффект (нагревание атмосферы инфракрасными лучами, благодаря содержанию в ней СО2), может привести к перегреву географической оболочки. Последствия чего для судьбы человеческого общества усиленно обсуждаются и требуют научно обоснованного прогнозирования.

Азот, который является олицетворением белковой жизни в биосфере в основном сосредоточенный в атмосфере, где его часть составляет около 78%. То есть на 1 га поверхности Земли приходится толща воздуха с приблизительно 80 тыс. т азота. Однако в таком виде он недоступен растениям. В круговороте соединений азота очень большое значение отводится микроорганизмам и азотофиксаторам. Только благодаря им элементарный азот с воздуха поступает в почву. Наибольшую роль в этих процессах играют пузырчатые бактерии, которые тесно сотрудничают с бобовыми растениями. При высоком урожае этих растений можно обогатить почву около 400 кг азота на 1 га. Если даже урожай этих растений будет вывезен с поля, значительная часть азота останется с корнями в почве. Количество азота, связанного биологическим круговоротом, является неодинаковым в разных экосистемах. Например, на пропаханной земле - 7-28 кг/га за год, на сенокосах с участием злаковых трав и бобовых - 73-865, а в лесах - 58-594 кг/га за год. Подобным образом некоторые лишайники фиксируют азот при помощи симбиотических сине-зеленых водорослей.

Известно, что Ю. Либих (1843) сформулировал утверждение, согласно которому растения могут полностью обеспечить свои потребности азотом, который поступает в землю вместе с атмосферными осадками (27 кг/га).

Рис. 4. Круговорот азота в биосфере (по К. Делвичу, 1972)

Однако уже через несколько лет В.И. Лавес и И.Г. Гильберт, изучив баланс азота в плодоношении, доказали, что дополнительный внос азота в почву является необходимым, что признал и сам Ю. Либих. Возникновение в атмосфере окисей азота связано с газовыми электрическими разрядами. Эти кислоты вместе с атмосферными осадками попадают в почву.

оличество азота, которое она получает, является очень разным и зависит, прежде всего, от климатических условий, особенно от количества и частоты осадков, времен года, температуры и др. В умеренном климате это количество составляет несколько килограммов за год, а в тропическом, где наблюдается частые бури, его значительно больше, но в среднем не более 10 кг. В атмосферу азот в определенных количествах поступает с почв. Это происходит с участием микроорганизмов во время минерализации органической материи, когда в процессе аммонификации выделяется аммиак. Биологическая фиксация молекулярного азота микроорганизмами, как теми, что свободно передвигаются, так и симбионтами (пузырчатыми), происходит в автотрофном и гетеротрофном блоках биогеоценозов. Для круговорота азота необходимыми является молибден, который в отдельных случаях выступает как лимитирующий фактор. Несмотря на огромные запасы этого элемента в атмосфере и в осадочной оболочке литосферы, в круговороте принимает участие только фиксированный микроорганизмами азот. В большой круговорот все время поступает часть азота в виде разных соединений, которые реками выносятся в моря. Азотосодержащие соединения используются водорослями для синтеза органических веществ и поступает в круговорот океана, часть постепенно оседает на дно. То есть вынос азота на суше не увеличивает его концентрации в морской воде. В биомассе Мирового океана этих элементов в 1000 раз меньше. Если рассматривать круговорот азота в масштабах биосферы, то благодаря саморегулирующим механизмам и обратной связи он считается достаточно идеальным. Часть азота, который производится в густонаселенных районах, в пресной воде и мелководных морях, выносится в глубоководные океанические отложения и остается там, исключаясь на миллионы лет с круговорота. Эти потери компенсируются поступлением азота в воздух с вулканическими газами.

Современная промышленность удобрений фиксирует азот атмосферы в размерах, превышающих природную азотфиксацию в целях увеличения продукции сельскохозяйственных растений. Высокие дозы азотных удобрений приводят, однако, к вымыванию нитратов в грунтовые воды, водоемы и в конечном счете - питьевую воду, а также к избытку их в продуктах питания, что является опасным для человека. Таким же источником загрязнений служат сточные воды с высоким содержанием аммония. На его окисление до нитратов тратится растворенный в воде кислород, что часто бывает губительно для гидробионтов. Таким образом, деятельность человека все сильнее влияет на круговорот азота, в основном в сторону превышения перевода его в связанные формы над процессами возврата в молекулярное состояние.

Кислород и водород входят в состав всех органических соединений. Они поглощаются продуцентами в составе воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, всеми другими организмами, с органическим веществом, созданным продуцентами, во время дыхания (из атмосферы или водного раствора) и потребления питьевой воды. как конечные продукты биологического круговорота, водород и часть кислорода возвращается в неживую среду так же в виде воды, а кислород, кроме того, выделяется в молекулярной форме в атмосферу растениями-продуцентами как один из конечных продуктов фотосинтеза. Накопление кислорода в атмосфере и гидросфере происходит в геологической истории в результате неполной замкнутости цикла углерода. На полное разложение органического вещества, создаваемого растениями, требуется точно такое же количество кислорода, которое выделилось при фотосинтезе. Захоронение органики в осадочных породах, углях, торфах послужило основой поддержания обменного фонда кислорода в атмосфере. Весь имеющийся в ней кислород проходит полный цикл через живые организмы примерно за 2000 лет.

В настоящее время значительная часть кислорода атмосферы связывается в результате работы транспорта, промышленности и других форм антропогенной деятельности. По расчетам, человечество тратит уже более 10 млрд. т свободного кислорода из общего количества в 430-470 млрд. т поставляемых процессами фотосинтеза. Если учесть, что в обменный фонд поступает лишь небольшая часть фотосинтетического кислорода, деятельность людей в этом отношении начинает приобретать угрожающие масштабы.

.3 Эволюция биосферы в ноосферу

Потенциал растительных и живых организмов огромен. Но он может быть использован в полном объеме лишь при глубоком знании всех процессов регуляции в живой клетке и организме, при детальном изучении влияния на организмы внешних факторов. В 20 веке впервые в истории Земли человек узнал и охватил всю биосферу, закончил географическую карту планеты Земля, расселился по всей ее поверхности. Исторический процесс меняется на наших глазах коренным образом. Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним встал вопрос об эффективном использовании биосферы в интересах человечества. Это новое состояние биосферы В.И. Вернадский назвал ноосферой, такой этап развития биосферы, при котором проявляется как мощная, все растущая геологическая сила роль человеческого разума (сознание) и направленного им человеческого труда. Подобно тому, как в зрелом и здоровом человеческом организме все функции, касающиеся взаимоотношения организма с внешней средой, координируются головным мозгом, так и функционирование современного глобального сверхорганизма - ноосферы - должно управляться ее совокупным разумом.

В будущем нам рисуются как возможные сказочные мечтания: человек стремится выйти за пределы своей планеты в космическое пространство. И вероятно, выйдет. Ноосфера - последнее из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории - состояние наших дней. Следует также отметить, что учение о ноосфере не носит пока законченного канонического характера, которое можно было бы принимать как некое безусловное руководство к действию.

3. Развитие концепции ноосферы как дальнейшей эволюции биосферы

.1 Этапы преобразования биосферы в техносферу

Основой теории ноосферы в учении В. Вернадского является особая часть организованной биосферы, которая появилась в эволюционном процессе Земли и в истории человечества, т.е. человеческая деятельность, которая явилась как новая геологическая сила. Ноосфера - закономерный этап развития системы биосфера и человечество, такая степень ее организованности, где человеческая деятельность, основываясь на естественных продуктивных силах биосферы, расширяет возможности развития последней. Учение о ноосфере в концентрированном виде раскрывает становление новой формы организованности планетарных процессов, созданной умной деятельностью человека. Наука, культура, мораль, свободная творческая деятельность - это приложения ноосферы, факторы ее становления. В ХХ столетии рядом с биосферой возникла техносфера.

Рис. 5. Ноосфера. Учение В.И. Вернадского о ноосфере

Техносфера - это область технической деятельности человека на Земле и в космосе, искусственная оболочка Земли, воплощающая человеческий труд, организованный научно-техническим разумом. Ее образование определилось эволюцией биосферы, т.е. живыми организмами, появлением человека разумного, осуществлением им работы физической и интеллектуальной, общественными организациями. Происходит активная целенаправленная перестройка естественных условий Земли, которая приводит к непредусмотренным следствиям.

Своим происхождением, развитием техносфера принципиально отличается от других планетных оболочек. Ее название указывает на рукотворный, художественный характер сферы и логически связанно с понятием техногенез. Благодаря этому техносфера представляет собой качественно новый элемент биосферы. В техногенных процессах реальной геологической силой становится техника, которая требует больших объемов энергии и вещества биосферы, выжимая и сдерживая живые организмы, в частности человека. Человек, (техника) и техносфера образовывают единую систему. Ее влияние на жизнь планеты возрастает. Это нуждается в не просто разумности с точки зрения здравого смысла, осмотрительности в действиях, но и научного предвидения, серьезного научного анализа и на их основе сурового регулирования практической деятельности человечества и его отношений с природой, комплексного и глобального подхода к оценке влияния следствий нашей деятельности на природу. Определенные сдвиги в этой области уже есть. Это, например, новые энергосберегающие технологии, и либерализация экономики, и отвесное развитие коллективного Интеллекта, базирующееся на новых средствах связи и компьютеризации, и постепенный поворот сознания ученых, политиков, да и простых смертных.

В произведениях В. Вернадского техносфера рассматривается в ее становлении и развитии. Говоря о научно-технической деятельности, В. Вернадский имел в виду не только производственно-практическую, но и социальную сферу жизни человечества. Большую роль в формировании техносферы играет научная мысль, которая перерабатывает биосферу, строит и направляет техническую работу человечества. Научная мысль как глобальный геологический фактор, считал В. Вернадский, является активным агентом в системе ноосферы. Человек научно мыслил и благодаря работе изменил биосферу, приспособил ее к себе и сам создал условия проявления присущие её биохимической энергии размножения. Основным в этом процессе действенного влияния научной мысли на смену биосферы стало точное установление факта и его проверки, которое выросло, вероятно, из технической работы, вызванной нуждами повседневной жизни.

Тейяр де Шарден также считал научные исследования и их техническое внедрение важным фактором формирования ноосферы. Он указывал, что наука для человека - это не побочное занятие, а существенная форма деятельности, фактически естественный выход, открытие для излишка сил, которые постоянно высвобождаются машиной. В работах В. Вернадского встречается понятие научная техника, которое означает, на наш взгляд, способы и методы, которыми пользуется наука, приобретая знание. Речь идет о методологических аспектах науки. Ученый отмечает связь научной техники с политикой, идеологией, повседневной жизнью. Заселение людьми всей планеты - отмечал ученый, - стало возможным только благодаря резкому изменению бытовых условий, связанных с новой идеологией, с резким изменением задач государственной жизни, с ростом научной техники, которые осуществились к тому времени.

.2 Концепция становления ноогенеза и техногенеза

Развивая идеи об эволюции биосферы, появлении на Земле человечества, русский ученый делает шаг к новому обобщению - к идее перехода биосферы в ноосферу. При этом Вернадский опирается на данные многих естественных наук, как минералогия, геология, космохимия, биогеохимия и др. Им подчеркнута неизбежность этого процесса как особого естественно-природного явления, которое коренным образом меняет строение биосферы нашей планеты. Вернадский отмечает: «Научная мысль человечества работает только в биосфере и в ходе своего появления в конце концов превращает ее в ноосферу, геологически охватывает ее разумом. В течение последних тысяч лет геохимическое воздействие человечества, захватившего посредством земледелия живое вещество, стало необыкновенно интенсивным и разнообразным. Мы видим удивительную быстроту роста геохимической работы человечества. Мы видим все более яркое влияние сознания и коллективного разума человека на геохимические процессы. Раньше организмы влияли на историю только тех атомов, которые были нужны для их роста, размножения, питания, дыхания. Человек расширил этот круг, влияя на элементы, нужные для техники и для создания цивилизованных форм жизни. Человек действует здесь не как Homo Sapiens (человек разумный), а как Homo Faber (человек творящий). И он распространяет свое влияние на все химические элементы. Он изменяет геохимическую историю всех металлов, он образует новые соединения, воспроизводит их в количествах того же порядка, какой создался для минералов, продуктов природных реакций.

Этот факт исключительной важности в истории всех химических элементов. Мы видим в первый раз в истории нашей планеты образование новых соединений, невероятное изменение земного лика. С геохимической точки зрения все эти продукты - массы свободных металлов, таких, как железо, медь, олово или цинк, массы угольной кислоты, произведенной обжиганием извести или сгоранием каменных углей, огромные количества серного ангидрида или сероводородов, образовавшихся во время химических и металлургических процессов, и все увеличивающееся количество других технических продуктов - не отличаются от минералов. Они изменяют вечный бег геохимических циклов. Где остановится этот новый геологический процесс? И остановится ли он? Изучение геохимии доказывает важность этого процесса и его глубочайшую связь со всем химическим механизмом земной коры. Он находится еще в состоянии эволюции, конечный результат которой от нас еще скрыт.

Человек всюду увеличивает количество атомов, выходящих из старинных циклов - геохимических «вечных циклов». Он усугубляет нарушение этих процессов, вводит туда новые, расстраивает старые. С человеком, несомненно, появилась новая огромная геологическая сила на поверхности нашей планеты». О ноосфере Тейяр де Шарден писал так: «Гармоничная общность сознаний эквивалентна своего рода сверхсознанию. Земля не только покрывается мириадами крупинок мысли, но окутывается единой мыслящей оболочкой, образующей... одну обширную крупинку мысли в космическом масштабе. Множество индивидуальных мышлений группируется и усиливается в акте одного единодушного мышления».

«Ноосфера стремится стать одной замкнутой системой, где каждый элемент в отдельности видит, чувствует, желает, страдает так же, как все другие, и одновременно с ними». Для Вернадского в ноосфере соединялись, взаимодействуя, мысль и работа человечества.

«С биогеохимической точки зрения важны, конечно, не научная мысль, не научный аппарат, не орудия науки, но тот реальный результат, который сказывается в геохимических явлениях, вызванных мыслью и работой человека, в новом состоянии биосферы, которое им создается... в ноосфере». Вернадский такое важнейшее явление общества, как культура, рассматривает в планетарном масштабе, оценивая его наряду с научной мыслью как явление планетное. В своей работе «Размышления натуралиста», оценивая новую форму энергии - жизнедеятельность человеческого общества, он пишет: «Эта новая форма биогеохимической энергии, которую можно назвать энергией человеческой культуры или культурной биогеохимической энергией, является той формой биогеохимической энергии, которая создает в настоящее время ноосферу». В.П. Казначеев пишет: «В соответствии с проведенным анализом космопланетарной среды биосферы и живого вещества, определением ноосферы как нового, социально-исторического и социально-природного по своей сути явления, возникающего в этой среде, следует характеризовать превращение биосферы в ноосферу как процесс естественно-исторический. Формирование ноосферы протекает как развертывание новой геокосмической силы, управляющей всей дальнейшей эволюцией планеты - космического тела Солнечной системы. Это влияние социальной деятельности и знания постепенно, но неизбежно превратится в управление всеми космопланетарными силами, включая всю планетную систему и ее космическую среду. Таковы, как указывалось выше, сформулированные В.И. Вернадским основные черты превращения биосферы в ноосферу - сферу, охваченную трудовой, социальной деятельностью человека. Здесь научная мысль становится мощнейшим инструментом управления планетой, гарантируя собственное прогрессивное развитие человечества в обозримом уже не только социальном, но и космогеологическом времени».

В те же примерно годы ученик Вернадского Ферсман тоже писал о геологической роли человека. В отличие от Тейяр де Шардена, уделявшего основное внимание разуму, и Вернадского, отдававшего приоритет соединению в ноосфере мысли и действия, Ферсман писал почти исключительно о технической деятельности человечества. В особом разделе своей четырехтомной «Геохимии» советский ученый дает характеристику геохимии техногенеза, то есть технической деятельности. Здесь Ферсман ноосферу даже не упоминает. Будучи геологом, он интересовался не причинами явлений, не побуждениями человека, не разумом самим по себе, а лишь результатами технического воздействия на биосферу. Основываясь на многочисленных фактах, он пришел к выводу: «Хозяйственная и промышленная деятельность человека по своему масштабу и значению сделалась сравнимою с процессами самой природы. Вещество и энергия не беспредельны в сравнении с растущими потребностями человека, их запасы по величине одного порядка с потребностями человечества; природные геохимические законы распределения и концентрирования элементов сравнимы с законами техно-химии, т.е. химическими преобразованиями, вносимыми промышленностью и народным хозяйством. Человек переделывает мир».

О переделываемой биосфере Ферсман говорит скорее как о техносфере - области технической деятельности человечества.

Заключение

Биосфера - оболочка Земли, где распространена жизнь, существует «живое вещество», определяющее химический состав и энергетические процессы в атмосфере, гидросфере, верхнем слое литосферы и в почвенном покрове.

Кроме того, выделяют еще социосферу, под которой понимают сферу общественно-производственной деятельности, охваченной человеческой работой. Если основой существования биосферы есть питание, то для социосферы, этими показателями являются соответственно работа, социальный обмен веществ и общественное отношение.

Значение учения В.И. Вернадского о ноосфере состоит в том, что он впервые осознал и попытался осуществить синтез естественных и общественных наук при изучении глобальной деятельности человека, активно перестраивающего окружающую среду. Ноосфера, по мнению ученого, есть уже качественно иная, высшая стадия биосферы, связанная с коренным преобразованием не только природы, но и самого человека. В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития. В структуре ноосферы можно выделить в качестве составляющих человечество, общественные системы, совокупность научных знаний, сумму техники и технологий в единстве с биосферой.

Масштабы созданной человечеством материальной культуры поистине огромны. И темпы ее развития постоянно увеличиваются. В наши дни так называемая техномасса (все, созданное человеком за год) уже на порядок превышает биомассу (вес диких живых организмов). Это тревожный сигнал, он требует вдумчивого отношения к балансу составляющих системы природа - биосфера - человек. Человек, преобразуя биосферу, создает техносферу. Но если при формировании биосферы все биоценозы лишь поддерживают системную целостность путем обмена веществом и энергией, то человек, помимо этих функций, в первую очередь производит овеществление природы, создавая новые искусственные предметы.

Однако далеко не все творения человека находятся в гармонии с окружающей действительностью. И если живые организмы, созданные человеком, в большинстве своем вписываются в общую систему природы, то этого никак нельзя сказать о других предметах, созданных им: здания, сооружения... Кроме того, сделанное человеком, как правило, не способствует созданию новых запасов энергии. Человек воздействует на биосферу локально - в сотнях миллионов мест выбрасываются загрязняющие вещества в реки и воздух, сносится плодородный слой почвы, вырубаются леса, разрушаются местообитания растений и животных. Однако биосфера - единая система, охваченная круговоротами веществ, и миллионы локальных воздействий, сливаясь и усиливая друг друга, вызывают глобальные изменения во всех компонентах биосферы. Бесконечное же истребление полезных ископаемых и живого вещества ставит на грань катастрофы само существование не только разумной жизни, но и жизни как таковой.

Список литературы

1. Мильков Ф.Н. Общее землеведение / Ф.Н. Мильков. - М.: Высш. шк., 1990. - 335с.

Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера / В.И. Вернадский. - М.: Наука, 2004. - 580с.

3. Ковда В.А., В.И. Вернадский в мировой науке / Почвоведение. - СПб., 1988. - 41с.

Голубец М.А. Актуальные вопросы экологии / Голубец М.А. - К.: Наук. думка, 1982. - 158c.

Баландин Р.К. Ноосфера или техносфера / Вопросы философии. - 2005. - 116с.

Этапы формирования географической оболочки Земли. Исследователи выделяют три этапа формирования географической оболочки Земли: добиогеновый, биогеновый и антропогеновый.

Добиогеновый этап (4,6 млрд лет - 570 млн лет). На рассматриваемом этапе сформировались такие компоненты географической оболочки Земли, как лито-, гидро- и атмосферы.

Наиболее простейшие микроорганизмы (бактерии) появились на Земле примерно 3,8-3,5 млрд лет назад и не могли оказать должного влияния на процесс формирования географической оболочки Земли.

Биогеновый этап начался 570 млн лет назад и характеризуется развитием органического мира. В результате на этом этапе сформировались биосфера и основные черты современной географической оболочки.

Антропогеновый этап охватывает период продолжительностью 3 млн лет.

В настоящее время хозяйственная деятельность человека оказывает серьезное воздействие на развитие географической оболочки Земли.

В результате появились экологические и демографические проблемы, в частности, проблема Аральского моря. Это вынудило человечество обратить особое внимание на вопросы охраны окружающей среды.

Общие законы развития географической оболочки Земли. Развитие географической оболочки Земли и природных комплексов подчиняется строгим законам. Законы о развитии географической оболочки нередко называют общегеографическими.

Знание общегеографических законов помогает человеку рационально пользоваться природными ресурсами, эффективно охранять окружающую среду, сохранять естественное экологическое равновесие и др.

В систему общегеографических законов входят: закон сохранения энергии; периодичность, или ритмичность повторяемости событий; закон географической зональности и азональности и др.

Единство географической оболочки Земли. Закон обмена веществ обеспечивает единство всех территориальных природных комплексов и географической оболочки в целом.

Территориальные комплексы независимо от размеров пребывают в одном из трех физических состояний (твердом, жидком или газообразном) и образуют единое целое благодаря сложным динамичным связям.

Компоненты географической оболочки Земли, будь то рельеф, климат, воды, растительность, животный мир и т.д., подчиняются одним и тем же географическим законам.

Обмен веществ. Энергетический обмен свойствен всем компонентам географической оболочки.

Процесс энергетического обмена представляет собой не что иное, как движение. Например, влага, которая содержится в атмосфере, перемещается вместе с воздушными массами из одной точки в другую, т.е. в вертикальном и горизонтальном направлениях. Воды Мирового океана так же, как и воздушные массы, перемещаются не только горизонтально, но и вертикально.

Подвижность свойственна и твердой оболочке Земли, или литосфере. На это, в частности, указывает вулканическая деятельность. Во время извержения вулкана на поверхность в виде лавы изливается не только внутреннее вещество (магма), но и происходит как горизонтальное, так и вертикальное перемещение горных пород.

Ритмичность. Каждому из нас приходилось сталкиваться с таким природным явлением, как ритмичность. Простейший тому пример - суточная ритмичность, т. е. последовательная смена дня и ночи. То же самое относится и к смене времен года.

Суточная и сезонная ритмичность отражается в смене погодных и климатических условий, в режиме поверхностных вод (смена половодья меженью), а также в поведении растений и животных.

Географическая зональность. Закономерное изменение природных (физико-географических) условий или территориально-природных комплексов от экватора к полюсам (горизонтальная или широтная зональность) и по мере поднятия вверх, в горы (вертикальная или высотная зональность), называется зональностью.

Закон географической зональности придает каждой точке на Земле присущие ей закономерные черты.

Внимание! Если Вы нашли ошибку в тексте, выделите её и нажмите Ctrl+Enter для уведомления администрации.

Географическая оболочка Земли в прошлом не была такой как сейчас. Она длительно формировалась и стала результатом взаимодействия атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы и человека.

Ученые выделяют три исторических этапа в развитии географической оболочки.

Первый этап - геологический (или добиогенный). Это самый ранний этап истории Земли.

На этом этапе сначала жизни еще не было, а потом, хотя она и появилась, но все еще не оказывала существенного влияния на географическую оболочку.

Жизнь была представлена исключительно простейшими организмами, и они не оказывали существенного влияния на формирование географической оболочки. В атмосфере было очень мало молекулярного кислорода, зато было много углекислого газа.

Этот этап длился с момента образования Земли (где-то 4,5 млрд лет назад) до примерно 600 млн лет назад.

То есть этот этап самый длительный, он продолжался около 3 млрд лет.
Во время геологического этапа произошло формирование земной коры, появились материки, жизнь зародилась в океане и достигла своего расцвета там.

Второй этап - биологический. Он начался примерно чуть мене 600 млн лет назад. В это время атмосфера и гидросфера стали такими как сейчас, появился озоновый слой, жизнь распространилась по суше, образовалась почва.

На развитие географической оболочки существенное влияние оказывали живые организмы. Происходило формирование горных пород, имеющих органическое происхождение.

Третий этап - антропогенный (современный).

Точный момент появления человека неизвестен, однако ученые считают, что антропогенный этап развития географической оболочки начался примерно 40 тысяч лет назад, когда человек начал оказывать заметное влияние на природу.

С того времени влияние человека на природу становится все больше. При этом люди не учитывали закономерностей развития и существования географической оболочки и уже нанесли ей серьезный вред. Многие природные комплексы стали непригодны для существования.

Во Вселенной, чтобы что-то изменялось, необходима энергия.

Это касается и развития Земли, в частности ее географической оболочки. В основном на Землю энергия поступает от Солнца, однако немало энергии дает внутреннее тепло Земли.

Географическая оболочка, которая существует на Земле, — это уникальное явление, которого нет на других планетах.

Этапы развития географической оболочки Земли

Географическая оболочка — материальная система, образованная при взаимопроникновении и взаимодействии атмосферы, гидросферы, литосферы, живого вещества, а на современном этапе — и человеческого общества.

Общая мощность географической оболочки составляет примерно 40 км.

Именно в этой оболочке земли есть все необходимые источники для жизни.

Этапы географической оболочки:

1) Неорганический — до появления жизни на Земле в этот этап сформировались литосфера, первичный Океан и первичная атмосфера.

2) Органический — формирования и развитие биосферы преобразовавшей все существующие сферы Земли.

3) Антропогенный — современный этап развития географической оболочки, когда с появлением человеческого общества началось активное преобразование географической оболочки и возникновение новой сферы — сферы разума .

Географическая оболочка, изменённая хозяйственной деятельностью — называетсягеографической средой.

Географическая оболочка — крупнейший природный комплекс для которого характерна целостность за счет круговорота веществ и обмена энергии, устойчивость, ритмичность (суточные, годовые, многолетние ритмы), иерархичность и зональность (природные и климатические пояса, природные зоны и высотная поясность).

Динамика географической оболочки.

Источники энергии в географической оболочке

Движение в географической оболочке характеризуется большим разнообразием.

Установленные к настоящему времени закономерности перемещения энергии и вещества в географической оболочке составляют основу прогнозирования физико-географических процессов и управления ими . Исключительный динамизм географической оболочки питается двумя мощными потоками энергии: экзогенным, главным образом солнечным, и эндогенным, связанный с недрами Земли. Экзогенный поток энергии во много раз превосходит эндогенный.

У земной поверхности по приближенным подсчетам в географическую оболочку поступает 2.3 х 1024 Дж/год экзогенной энергии и 1.1 х 1021 Дж/год эндогенной энергии.

Трансформация и перенос энергии и вещества в географической оболочке. Перенос и распределение тепла

Важнейшей особенностью географической оболочки являются круговороты вещества и энергии.

Роль их в природе колоссальна, так как они обеспечивают многократность одних и тех же процессов и явлений, а также направленный характер их развития.

Круговорот веществ - многократное участие вещества в процессах, протекающих в геосферах планеты. Круговорот энергии - использование энергии в геосистемах для обеспечения круговоротов вещества.

Так как круговороты вещества и энергии в географической оболочке носят открытый характер, преобладание в них приходной или расходной частей свидетельствует о тенденциях развития данной системы, ее устойчивости или неустойчивости.

В развивающихся природных системах всегда превалирует приходная составляющая, что обеспечивает расширенное осуществление процессов и явлений.

Взаимодействие структурных частей географической оболочки протекает не хаотически. Это отдельные звенья общего круговорота вещества и энергии , которые связывают воздушную тропосферу, водную сферу, земную кору и биосферу в единое целое – географическую оболочку Земли и может быть назван общегеографическим круговоротом вещества и энергии .

Исходным звеном общегеографического круговорота веществ и энергии является земная поверхность.

Под влиянием солнечной энергии здесь возникают динамические явления – в воздушной тропосфере и водной оболочке. Они сопровождаются переносом тепла и влаги, формируются биосфера и кора выветривания – структурные части географических ландшафтов.

Общегеографические круговороты протекают медленно даже по геологическим масштабам времени.

Они не являются совершенно замкнутыми. В разные геологические эпохи с неодинаковой силой проявляются тектонико-магматические процессы, значительные колебания испытываетвулканизм , который воздействует на состав атмосферы, а через нее — на биосферу; в непрерывной эволюции находится жизнь, и ландшафты каждого круговорота качественно отличны.

Общегеографические круговороты вещества и энергии представляют синтез частных круговоротов. Главнейшие из них – геологический круговорот, круговорот воды, биологический круговорот.

Перенос тепла от поверхности в атмосферу происходит тремя путями: тепловое излучение, нагревание или охлаждение воздуха при контакте с сушей, испарение воды.

Водяные пары, поднимаясь в атмосферу, конденсируются и образуют облака или выпадают в виде осадков, а выделяемое при этом тепло поступает в атмосферу. Поглощенная атмосферой радиация и тепло конденсации водяных паров задерживают потерю тепла земной поверхностью.

Над засушливыми районами это влияние уменьшается, и мы наблюдаем самые большие суточные и годовые амплитуды температуры. Наименьшие амплитуды температуры присущи океаническим районам. Являясь огромным резервуаром, океан хранит больше тепла, что ослабляет годовые колебания температуры вследствие высокой удельной теплоемкости воды. Таким образом, на Земле вода играет важную роль как аккумулятор тепла.

Структура теплового баланса зависит от географической широты и типа ландшафта, который, в свою очередь, сам зависит от нее.

Она существенно изменяется не только при движении от экватора к полюсам, но и при переходе с суши на море. Суша и океан различаются как по величине поглощенной радиации, так и по характеру распределения тепла..

До 80% энергии, поглощаемой океаном, расходуется на испарение воды. 20% энергии расходуется на турбулентный теплообмен с атмосферой (что также больше, чем на суше).

Вертикальный теплообмен океана с атмосферой стимулирует и горизонтальный перенос тепла, благодаря чему оно частично оказывается на суше. В теплообмене океана и атмосферы участвует 50-метровый слой воды.

Атмосферная циркуляция

Это система крупномасштабных воздушных течений над земным шаром или полушарием. Атмосферная циркуляция обусловлена неоднородным распределением температуры и атмосферного давления, возникновением так называемого барического градиента; получаемая энергия атмосферная циркуляции расходуется на трение, но непрерывно пополняется за счёт солнечной радиации.

Направление воздушных течений определяется барическим градиентом, вращением Земли, влиянием подстилающей поверхности. В тропосфере к атмосферной циркуляции относятся пассаты, муссоны, воздушные течения, связанные с циклонами и антициклонами, в стратосфере — преимущественно зональные воздушные течения (западный — зимой и восточный — летом).

Перенося воздух, а с ним теплоту и влагу из одних широт и регионов в другие, атмосферная циркуляция является важнейшим климатообразующим фактором.

В нижней тропосфере тропической зоны преобладает циркуляция, вызываемая пассатами — устойчивыми ветрами: северо-восточным — в Северном полушарии и юго-восточным — в Южном полушарии (наблюдаются в течение круглого года в среднем до высоты 4 км).

Над областью пассатов в средней и верхней тропосфере преобладают западный воздушные течения. Над некоторыми участками тропической зоны, в особенности в бассейне Индийского океана, преобладает режим муссонной циркуляции (зимний муссон совпадает с пассатом, летний муссон обычно имеет противоположное направление).

В тропосфере умеренных широт на перифериях субтропических антициклонов обоих полушарий преобладает западный перенос.

В нижней части тропосферы полярных районов преобладают восточные ветры. В средних широтах, в зоне больших горизонтальных градиентов температуры и давления, возникают тропосферные фронтальные зоны, струйные течения, циклоны и антициклоны, которыми осуществляется межширотный воздухообмен.

Атмосферная циркуляция в тропиках также не является изолированной от внетропической циркуляции.

Частое и интенсивное развитие циклонов и антициклонов внетропических широт приводит к образованию климатических областей низкого и высокого давления, которые хорошо выражены на многолетних картах атмосферного давления. Высокие циклоны и антициклоны простираются в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу, однако в среднем вследствие общего согласованного убывания давления и температуры от низких к высоким широтам в этой части атмосферы преобладает западный перенос.

Выше 20 км атмосферная циркуляция носит сезонный муссонный характер, что обусловлено радиационным балансом стратосферы. Следствием этого является преобладание летом восточного, а зимой западного воздушного течения.

Термин «атмосферная циркуляция» применим также к атмосферным движениям, возникающим над небольшими площадями земной поверхности (местная циркуляция), — береговым ветрам (бризам), горно-долинным ветрам и т. п.

Литосферные круговороты

Благодаря вертикальным и горизонтальным движениям блоков земной коры и магматической деятельности, а также процессам сноса происходит обмен веществ земной поверхности с мантией.

Продукты выветривания коренных пород и биогенные накопления погружаются и превращаются в комплексы осадочных пород.

Еще глубже под влиянием очень высокой температуры и давления, а также воздействия глубинных растворов, осадочные породы подвергаются метаморфизации. На больших глубинах метаморфические породы находятся в состоянии термодинамического равновесия.

Глава 8. Основные этапы развития географической оболочки

Нарушение этого равновесия происходит под влиянием падения давления, или поступает дополнительное тепло при радиоактивном распаде. Все это влечет за собой образование жидкой магмы. Находящаяся под давлением магма, насыщена газообразными продуктами. С изменением давления, она прорывается в верхние слои земной коры и, охлаждаясь, переходит в изверженные кристаллические породы.

Эти породы представлены глубинными интрузиями и излившимися на поверхность лавами.

Со временем происходит разрушение кристаллических пород, на продуктах их выветривания образуются ландшафты – начальное звено нового географического цикла.

Литосферные круговороты проявляются двояко. Во-первых, это действительно перемещение вещества самыми разнообразными механическими путями, что соответствует понятию «круговорот горных пород».

Во-вторых, это изменение вещественного состава перемещаемых или пребывающих в состоянии покоя горных пород (перенос минеральных веществ в земной коре), и такие процессы чаще называют геохимическими круговоротами.

Периодические движения в географической оболочке

Проявляются во многих процессах: тектонических, магматических, осадконакоплений, климатических, гидрологических, и многих других.

Многочисленные факторы говорят о колебаниях климата, которые вызваны изменениями параметров земной орбиты, солнечной активности, приливами и отливами, и др.

Например, хорошо прослеживаются климатические колебания в 35 лет и 1 800 лет. Последний зафиксирован в развитии природы Сахары, где неоднократно чередовались эпохи влажного и аридного климатов.

Периодичность характерна для тектонико-магматических процессов: поднятий и опусканий, землетрясений, складчатых движений, интрузивного и эффузивного вулканизма.

Между ними находятся периоды относительного тектонического покоя – в 50 — 150 млн. лет.

Периодичность прослеживается и в разрезах геологических отложений. В приледниковых озерах накапливается ленточная слоистость. Летом, когда ледник тает, в озеро приносится более крупнозернистый материал, зимой отлагается тонкий глинистый осадок.

Ритмичность и цикличность

Выявление ритмики природных явлений имеет важное значение для их прогнозирования.

ритмичность развития, т.е. повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе Земли выявлены ритмы разной продолжительности — суточный и годовой, внутривековые и сверхвековые ритмы. Суточная ритмика, обусловлена вращением Земли вокруг своей оси. Суточный ритм проявляется в изменениях температуры, давления и влажности воздуха, облачности, силы ветра; в явлениях приливов и отливов в морях и океанах, циркуляции бризов, процессах фотосинтеза у растений, суточных биоритмах животных и человека.

Годовая ритмика — результат движения Земли по орбите вокруг Солнца.

Это смена времен года, изменения в интенсивности почвообразования и разрушения горных пород, сезонные особенности в развитии растительности и хозяйственной деятельности человека.

Разные ландшафты планеты обладают различной суточной и годовой ритмикой. Так, годовая ритмика лучше всего выражена в умеренных широтах и очень слабо — в экваториальном поясе.

Большой практический интерес представляет изучение и более продолжительных ритмов: 11-12 лет, 22-23 года, 80-90 лет, 1850 лет и более длительных но, к сожалению, они пока еще менее изучены, чем суточные и годовые ритмы.

Саморегулирование в географической оболочке

Характерная черта динамики географической оболочки и ее компонентов — саморегулирование, которое базируется на принципе всеобщей связи явлений.

Благодаря саморегулированию географическая оболочка сохраняет свою устойчивость, и многие параметры геосистем находятся в состоянии динамического равновесия, несмотря на резкие колебания внешних факторов. Примером саморегулирования может служить солевой состав Мирового океана: несмотря на различия в количестве атмосферных осадков, испарении и речном стоке, соотношение ионов солей в океанической воде остается почти постоянным (В.И.Вернадский даже предлагал принять это соотношение за константу нашей планеты).

Другой пример - регулирование содержания диоксида углерода в географической оболочке на основе карбонатной системы Мирового океана.

Основная причина постоянства - всеобщая взаимосвязанность концентраций веществ. В соответствие с принципом Ле-Шателье-Брауна, нельзя изменить концентрацию одного компонента замкнутой термодинамической системы без изменения содержания остальных компонентов: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, оказывать внешнее воздействие, то в системе усиливается то направление процесса, течение которого ослабляет данное воздействие, и положение равновесия смещается в том же направлении.

Это обстоятельство защищает систему от внешних возмущений.

Единство и целостность географической оболочки

Потоки воздуха, воды, льда, минеральных частиц и других веществ, а также потоки энергии служат своего рода каналами, связывающими части географической оболочки в единое целое.

Направление движений в географической оболочке определяется градиентами силовых полей, расположением блоков земной коры.

Горизонтальные перемещения воздуха, воды, минеральных частиц и других типов вещества в сотни и тысячи раз превышают вертикальные, таким образом, последние происходят в поле силы тяжести.

Источником переноса воздушных масс, а вместе с ними и других типов вещества служат в большинстве случаев горизонтальные градиенты.

Следовательно, среда географической оболочки анизотропна.

Изотропность – отсутствие выделенных направлений. Все направления одинаковы по своим свойствам. Анизотропна – не изотропна.

Универсальность взаимосвязей в географической оболочке ограничивается и неодинаковой скоростью распространения возмущений, переноса различных типов вещества.

Наибольшая скорость переноса характерна для фотонов излучения (около 300 000 км/ сек). Медленнее всего происходят перемещения блоков земной коры, а также льда. Поэтому, взаимодействия, например, в атмосфере, происходят во много раз быстрее, чем в других сферах.

Единство и целостность географической оболочки усложняет решение проблемы управления природными ресурсами. Это можно объяснить так: воздействие человека на ограниченные районы, на самом деле распространяются на значительные территории, а в конечном счете – по всей географической оболочке.

Изучение связей дает возможность определить относительно обособленные системы и вследствие этого – более удобные для управления.

Таким образом, в географической оболочке наблюдается диалектическое сочетание единства и целостности с одной стороны, и структурности, расчлененности ее на отдельные части (подсистемы) – с другой.

В географическую оболочку энергия поступает из Космоса, недр Земли и выделяется при гравитационном взаимодействии планеты с ближайшими космическими телами — Луной и Солнцем. В зависимости от этого энергетические источники подразделяют на эндогенные и экзогенные.

Эндогенная энергия — это энергия земных недр, которая поступает в географическую оболочку в двух формах: теплового потока (теллурические токи) и путем механических перемещений вещества.

Величина теплового потока в среднем в 10-5 раз меньше потока электромагнитной солнечной энергии (0,06 Дж/м2·с).

Источниками эндогенной энергии являются : гравитационная дифференциация земного вещества по плотности, распад радиоактивных элементов, внутреннее трение масс вещества, неизбежно сопровождающее гравитационную дифференциацию, приливное трение, обусловленное взаимодействием Земли с Луной и Солнцем. Поступление тепла на земную поверхность через гейзеры, вулканические извержения и от других локальных и спорадических источников намного меньше и в общих расчетах обычно не учитывается.

Определенную часть эндогенной энергии составляет солнечная энергия, поступившая на земную поверхность ранее и сохранившаяся в «геохимических аккумуляторах» — горючих полезных ископаемых, горных породах абиогенного происхождения и рассолах, законсервированных в земной коре.

Экзогенная энергия .

Энергия, поступающая на Землю из Космоса, называется экзогенной. В количественном отношении она на 97% состоит из электромагнитного излучения Солнца — солнечной радиации. Вследствие малой изменчивости интенсивности солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, ее поток, рассчитываемый на 1 см2 в минуту, называют солнечной постоянной, которая равна 1,98 кал/(см2·мин), или 8,3 Дж/(см2·мин).

Электромагнитное излучение Солнца содержит широкий спектр волн разной длины.

Наряду с электромагнитными потоками в атмосферу проникает корпускулярный поток заряженных частиц — «солнечный» и «космический» ветер.

Их суммарная энергия в несколько тысяч раз меньше электромагнитной энергии и уступает (в количественном выражении) даже эндогенной энергии. Корпускулярный поток почти полностью поглощается магнитосферой и верхними слоями атмосферы. Его изменчивость, обусловленная пульсациями солнечной активности, вызывает возмущения геомагнитного поля, что отражается на биологических процессах.

Суммарное воздействие эндогенной и экзогенной энергий изменяет вещество земной коры, создает форму и рельеф Земли.

Современная структура географической оболочки - результат очень длительной эволюции . В ее развитии принято выделять три основных этапа - добиогенный, биогенный и антропогенный (табл. 10.1).

Таблица 10.1. Этапы развития географической оболочки

	Геологические рамки	Длительность, лет	Основные события
Добиогенный	Архейская и протерозойская эры 3700-570 млн лет назад		Живые организмы принимали слабое участие в формировании географической оболочки
Биогенный	Фанерозойский зон (палеозойская, мезозойская и большая часть кайнозойской эры) 570 млн - 40 тыс. лет назад	Около 570 млн	Органическая жизнь - ведущий фактор в развитии географической оболочки. В конце периода появляется человек
Антропогенный	С конца кайнозойской эры до наших дней 40 тыс. лет назад - наши дни		Начало этапа совпадает с появлением современного человека (Homo sapiens). Человек начинает играть ведущую роль в развитии географической оболочки

Добиогенный этап отличался слабым участием живого вещества в развитии географической оболочки. Этот самый длительный этап продолжался первые 3 млрд лет геологической истории Земли - весь архей и протерозой. Палеонтологические исследования последних лет подтвердили идеи, высказанные еще В.И. Вернадским и Л.С. Бергом, что лишенных жизни (как их называют, азойных) эпох, по-видимому, не было в течение всего геологического времени или этот отрезок времени крайне мал. Однако этот этап можно называть добиогенным, так как органическая жизнь в это время не играла тогда определяющей роли в развитии географической оболочки.

В архейскую эру на Земле в бескислородной среде существовали самые примитивные одноклеточные организмы. В слоях Земли, образовавшихся около 3 млрд лет назад, обнаружены остатки нитей водорослей и бактериоподобных организмов. В протерозое господствовали одноклеточные и многоклеточные водоросли и бактерии, появились первые многоклеточные животные. На добиогенном этапе развития географической оболочки в морях были накоплены мощные толщи железистых кварцитов (джеспилитов), свидетельствующих о том, что тогда верхние части земной коры были богаты соединениями железа, а атмосфера характеризовалась очень низким содержанием свободного кислорода и высоким содержанием углекислого газа.

Биогенный этап развития географической оболочки по времени соответствует фанерозойскому зону, включающему палеозойскую, мезозойскую и почти всю кайнозойскую эры. Его длительность оценивается в 570 млн лет. Начиная с нижнего палеозоя органическая жизнь становится ведущим фактором в развитии географической оболочки. Слой живого вещества (так называемый биостром) получает глобальное распространение, с течением времени все более усложняются его структура и строение самих растений и животных. Жизнь, зародившаяся в море, охватила затем сушу, воздух, проникла в глубины океанов.

В процессе развития географической оболочки условия существования живых организмов неоднократно менялись, что приводило к вымиранию одних видов и приспособлению других к новым условиям.

Многие ученые связывают коренные перемены в развитии органической жизни, в частности выход растений на сушу, с крупными геологическими событиями - с периодами усиленного горообразования, вулканизма, регрессий и трансгрессий моря, с движением материков. Принято считать, что крупномасштабные преобразования органического мира, в частности вымирание одних групп растений и животных, появление и прогрессивное развитие других, были связаны с процессами, происходящими в самой биосфере, и с теми благоприятными обстоятельствами, которые создавались в результате деятельности абиогенных факторов. Так, повышение содержания углекислого газа в атмосфере во время интенсивной вулканической деятельности сразу активизирует процесс фотосинтеза. Регрессия моря создает благоприятные условия для формирования органической жизни на обмелевших участках. Существенные изменения экологических условий часто приводят к гибели одних форм, что обеспечивает бесконкурентное развитие других. Есть все основания полагать, что эпохи существенной перестройки живых организмов находятся в прямой связи с основными эпохами складкообразования. В эти эпохи формировались высокие складчатые горы, резко усиливалась расчлененность рельефа, активизировалась вулканическая деятельность, обострялась контрастность сред и интенсивно протекал процесс взаимообмена веществом и энергией. Изменения внешней среды служили толчком к видообразованию в органическом мире.

На биогенном этапе биосфера начинает оказывать мощное воздействие на структуру всей географической оболочки. Возникновение фотосинтезирующих растений коренным образом изменило состав атмосферы: снизилось содержание углекислого газа и появился свободный кислород. В свою очередь накопление кислорода в атмосфере вело к изменению характера живых организмов. Поскольку свободный кислород оказался сильнейшим ядом для не приспособленных к нему организмов, многие виды живых организмов вымерли. Наличие кислорода способствовало образованию озонового экрана на высоте 25-30 км, который поглощает коротковолновую часть ультрафиолетовой солнечной радиации, губительную для органической жизни.

Под влиянием живых организмов, которые испытывают все компоненты географической оболочки, меняются состав и свойства речных, озерных, морских и подземных вод; происходит образование и накопление осадочных пород, образующих верхний слой земной коры, накопление органогенных пород (угля, коралловых известняков, диатомитов, торфа); формируются физико-химические условия миграции элементов в ландшафтах (в местах гниения живых органических соединений образуется восстановительная среда с недостатком кислорода, а в зоне синтеза водных растений образуется окислительная среда с избытком кислорода), условия миграции элементов в земной коре, что в итоге определяет ее геохимический состав. По словам В.И. Вернадского, жизнь является великим постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты.

Географической оболочке свойственна выраженная зональность (см. § 10.1). О зональности добиогенной геосферы известно мало, очевидно, что зональные изменения ее в то время были связаны с изменениями климатических условий и коры выветривания. На биогенном этапе в зональности географической оболочки ведущую роль играют изменения живых организмов. Начало зарождения географической зональности современного типа относят к концу мелового периода (67 млн лет назад), когда появляются цветковые растения, птицы и набирают силу млекопитающие. Благодаря теплому и влажному климату пышные тропические леса распространились от экватора до высоких широт. Изменение очертаний материков на протяжении дальнейшей истории развития Земли приводило к изменению климатических условий, а соответственно и почвенно-растительного покрова, и животного мира. Постепенно усложнялись структура географических зон, видовой состав и организация биосферы.

В палеогене, неогене и плейстоцене происходило постепенное охлаждение земной поверхности; кроме того, суша расширилась и ее северные побережья в Евразии и Северной Америке продвигались в более высокие широты. В начале палеогена севернее экваториальных лесов появились сезонновлажные субэкваториальные леса, преимущественно листопадные, в Евразии они доходили до широт современных Парижа и Киева. В наше время леса такого типа встречаются лишь на полуостровах Индостан и Индокитай.

Последующее похолодание привело к развитию субтропических, а в конце палеогена (26 млн лет назад) и широколиственных лесов умеренного пояса. В настоящее время такие леса находятся гораздо южнее - в центре Западной Европы и на Дальнем Востоке. Субтропические леса отступили к югу. Более четко обособились природные зоны континентальных районов: степи, обрамленные на севере лесостепями, а на юге - саваннами, которые были распространены по всей Сахаре, на полуострове Сомали и на востоке Индостана.

В неогеновом периоде (25-1 млн лет назад) похолодание продолжалось. Считается, что на протяжении этого периода земная поверхность охладилась на 8 °С. Произошло дальнейшее усложнение зональной структуры: на равнинах северной части Евразии возникла зона смешанных, а затем и хвойных лесов, а более теплолюбивые лесные зоны сузились и сдвинулись к югу. В центральных частях континентальных районов возникли пустыни и полупустыни; на севере их обрамляли степи, на юге - саванны, а на востоке - редколесья и кустарники. В горах более отчетливо проявилась высотная зональность. К концу неогена произошли существенные изменения природы Земли: усилилась ледовитость Арктического бассейна, интенсивнее стали циклонические осадки в средних широтах Евразии, уменьшилась сухость климата в Северной Африке и Передней Азии. Продолжавшееся похолодание привело к оледенению в горах: Альпы и горы Северной Америки покрылись ледниками. Похолодание, особенно в высоких широтах, достигло критического рубежа.

Для большей части четвертичного периода (приблизительно 1 млн - 10 тыс. лет назад) характерны последние в истории Земли оледенения: температура была на 4-6 °С ниже современной. Там, где выпадало достаточное количество осадков в виде снега, ледники рождались и на равнинах, например в субполярных широтах. В этой обстановке холод как бы аккумулировался, поскольку отражательная способность снежной и ледниковой поверхностей достигает 80%. Вследствие этого ледник расширялся, образуя сплошной щит. Центр оледенения в Европе находился на Скандинавском полуострове, а в Северной Америке - на Баффиновой Земле и Лабрадоре.

В настоящее время установлено, что оледенения как бы пульсировали, прерываясь межледниковьями. Причины пульсаций все еще являются предметом споров ученых. Некоторые из них связывают похолодание с активизацией вулканической деятельности. Вулканическая пыль и пепел заметно усиливают рассеяние и отражение солнечной радиации. Так, при уменьшении суммарной солнечной радиации только на 1% вследствие запыленности атмосферы средняя планетарная температура воздуха должна понижаться на 5 °С. Этот эффект усиливает возрастание отражающей способности самой охваченной оледенением территории.

В период оледенения появилось несколько природных зон: сам ледник, который образовал полярные пояса (арктический и антарктический); зона тундры, возникшая вдоль края арктического пояса на вечной мерзлоте; тундростепи в континентальных более сухих районах; луга в приокеанических частях. Эти зоны отделялись от отступающей к югу тайги зоной лесотундры.

Антропогенный этап формирования географической оболочки назван так в связи с тем, что развитие природы на протяжении последних сот тысячелетий происходило в присутствии человека. Во второй половине четвертичного периода появились древнейшие люди архантропы, в частности питекантроп (в Юго-Восточной Азии). Архантропы существовали на Земле длительное время (600-350 тыс. лет назад). Однако антропогенный период в развитии географической оболочки наступил не сразу вслед за появлением человека. Сначала воздействие человека на географическую оболочку было ничтожным. Собирательство и охота с помощью дубинок или почти необработанного камня по своему воздействию на природу мало отличали древнейшего человека от животных. Древнейший человек не знал огня, не имел постоянных жилищ, не пользовался одеждой. Поэтому он почти полностью находился во власти природы, а его эволюционное развитие определялось в основном биологическими закономерностями.

На смену архантропам пришли палеоантропы - древние люди, просуществовавшие в общей сложности свыше 300 тыс. лет (350-38 тыс. лет назад). В это время первобытный человек овладел огнем, что окончательно отделило его от животного царства. Огонь стал средством охоты и защиты от хищников, изменил состав пищи, помог человеку в борьбе с холодом, что способствовало резкому расширению области его обитания. Палеоантропы стали широко использовать пещеры в качестве жилищ, им была известна одежда.

Примерно 38-40 тыс. лет назад палеоантропов вытеснили неоантропы, к которым относится современный человек Homo sapiens. Именно к этому времени и относят начало антропогенного периода. Создав мощные производительные силы, которые участвуют в глобальном масштабе во взаимодействии всех сфер Земли, человек придает целенаправленность процессу развития географической оболочки. Почувствовав свое могущество, человек на собственном опыте убедился, что его благополучие неразрывно связано с полнокровным развитием природы. Осознание этой истины знаменует начало нового этапа эволюции географической оболочки - этапа сознательного регулирования природных процессов, имеющего целью достижение гармоничного развития системы «природа - общество - человек».