3.2. Внешние геосферы.

Атмосфера (греч. “атмос”- пар) газовая оболочка Земли. По характеру изменения температуры с высотой атмосферу разделяют на несколько слоев (сфер). Это тропосфера, стратосфера, ионосфера (Рис. 3.1.).

Тропосфера. Толщина её составляет от 6 км на полюсах до18 км на экваторе, средняя – около 12 км. Она содер­жит 80 % всей массы атмосферы и все водяные пары. Содержа­ние кислорода О₂ = 21 %, азота N₂ = 78 %, углекислого газа СО₂ = 0,03 % и аргона 0,93 %.

На каждые 100 м высоты пониже­ние в тропосфере фиксируется понижение температуры на 0,6°С. В результате температура у верхней границы тропосферы — (45—55°С) у полюсов и — (70—80°С) у экватора.

Стратосфераимеет верхнюю границу на высоте 80—90 км. Масса = 5 %, t = -(80-90°С). Здесь на высоте 80-120 км расположен озоновый слой, который защищает биосферу от губительного действия ультрафиолетово­го излучения Солнца.

Ионосфера. Здесь воздух сильно ионизирован. Часто наблюдаются полярные сияния в результате схода электронных и протонных лавин, поступающих от Солнца, с силовых линий геомагнитного поля. Верхняя граница полярных сияний 100-120 км. Верхняя граница ионосферы не установлена, так как она постепенно пере­ходит межпланетное пространство, заполненное межпланетным магнитным полем и потоками космических заряженных частиц (рис. 3.2. Магнитосфера Земли).

Однако это температура характеризует только скорость движения отдельных частиц, а не температуру всей ионосферы, для которой из-за высокой разреженности газа обычное для нас понимание температуры приближается к абсолютному нулю.

Выше ионосферы идут: экзосфера (от 1 до 5-10 тыс. км.) и магнитосфера (60 тыс. км).

Таблица 3.3. Средний состав атмосферы
Газ	Состав по объему, г/т	Состав по весу, г/т	Общая масса, n.1020 г
N2	780 900	755 100	38,648
02	209 500	231 500	11,841
Аг	9300	12800	0,655
СО2	300	460	0,0233
Ne	18	12,5	0,000636
Не	5,2	0,72	0,000037
СН4	1,5	0,94	0,000043
Кг	1	2,9	0,000146

Последние наиболее тщательные определения общей массы атмосферы дают величину 51,17^.10²⁰ г для массы сухой атмосферы, т. е. без учета водяных паров. Ее современный состав приведен в таблице 3.3. Конвекционные потоки поддерживают постоянство относительных содержаний компонентов вплоть до высоты 60 км, но выше может происходить гравитационное разделение по молеку­лярным весам, хотя оно не играет существенной роли. Ниже 100 км, даже на боль­ших высотах преобладают кислород и азот.

Атмосфера перераспределяет тепло, без атмосферы у поверхности Земли днем было бы больше +100⁰С, ночью -100⁰С, колебание - 200⁰С. Сейчас средняя температура на Земле около +15⁰С.

а б

Рис. 3.2. Магнитосфера Земли (а – без учета воздействия солнечного ветра; б – при воздействии солнечного ветра).

Гидросфера – жидкая оболочка Земли (греч. "гидор" - вода, "сфера" - шар). Гидросфера включает в себя все природные воды: океаны, моря, реки, озера, а также подземные водоносные горизонты (водяной пар атмосферы не включается в гидросферу). Общая масса воды гидросферы составляет около 1644· 10¹⁵ т (или 0,2 % от массы планеты). Она в 275 раз превышает массу атмосферы (табл. 3.4.). Около 94 % массы гидросферы составляют соленые воды мирового океана. Из оставшихся 6 % примерно ¼ приходится на ледники. На долю подземных вод приходится 1,68 % общего объема гидросферы. Объём последних оценивается примерно в 200 км³. Остальные 4 % – пресные воды суши (вода рек, озер и болот). Гидросфера покрывает 70,8% (361 млн. км ²) поверхности Земли. Наибольшая ее толщина - около 11 км. В Мировом океане глубины от 3 тыс. до 6 тыс. метров (средняя глубина океанов - 3800 метров). Соотношение резервуаров гидросферы показаны на рисунке 3.3.

Любые водыгидросферы Земли в той или иной степени минерализо­ваны и могут рассматриваться как природные растворы. В отличие от атмосферы в гидросфере четко проявлена горизонтальная неоднород­ность (зональность): воды суши в основном пресные, а океанов и мо­рей — соленые.

Таблица 3.4. Структура гидросферы и мировые запасы воды в её различных звеньях (Атлас океанов, 1980)

Части гидросферы	Объём воды в млн. км3	в % от общего объёма
Мировой океан	1340,74	96,49
Воды на поверхности суши
Ледники и постоянный снежный покров	24,84	1,74
Озера и болота	0,19	0,0137
Речные воды	0,002	0,0001
Почвенная влага	0,02	0,001
Подземные воды (гравитационные и капиллярные)	23,4	1,68
Подземные льды зоны «вечной мерзлоты»	0,3	0,022
Биологическая вода	0,001	0,0001
Вся гидросфера	1389,53	100

Воды океана исключительно постоянны по химическому составу и содержат в среднем 35 г солей в 1 л (3,5 %)

Атмосфера и гидросфера это два огромных резервуара, между которыми существует постоянный обмен веществом. Тропосфера всегда содержит пары воды, а в океане растворяются атмосферные газы. Этот обмен в значительной мере зависит от температуры системы. При повышении температуры уменьшается растворимость газов. А поскольку температура поверхности планеты зависит от активности солнечной радиации, влияние Космоса на сдвиги этих равновесий сказывается наиболее ощутимо.

Биосфера – областью существования и активной деятельности живого вещества. Термин «биосфера» впервые применил Э. Зюсс (1875), считавший ее тонкой пленкой жизни на земной поверхности, в значитель­ной мере определяющей «лик Земли». Однако заслуга созда­ния целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернад­скому, так как именно он развил представление о живом ве­ществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания. Большое влияние на В.И. Вернадского оказали работы В.В. Докучаева о почве как о естественно-историческом теле. Основы учения о биосфе­ре, изложенные В.И. Вернадским в 1926 г. в книге «Биосфе­ра», впоследствии стали идеологией и научной основой учения об окружающей среде – «экологии».

Биосфера имеет строго определенные гра­ницы. Эти границы определяются физическими и химическими условиями существования жизни. В то же время геометрические границы биосферы достаточно условны. Обычно считают, что верхняя граница биосферы находится на высоте 22-24 км от поверх­ности Земли, где образуется озоновый экран, который служит своеобразным экраном, защищающим все живое от губительного воздействия ультрафиолетовой радиации. Нижняя граница распространения жизни очень изрезана. На материках она проникает в земную кору до глубин в среднем 2-4-х километров, в океанах – на 0,5-1 км ниже их дна (рис.3.4).

Как показывают последние исследования со спутников и геофизических ракет, озоновому слою принадлежит особая роль в сохранении биосферы как планетарной целостности. Выход отдельных организмов и даже человека за эти пределы не расширяет границы биосферы, поскольку отдельные организмы не могут выполнять функции активной деятельности.

Биосфера оказывает самое существенное влияние на развитие земной коры на протяжении всей ее геологической истории, на развитие жизни, эволюцию всего органического мира, приведшего, в конечном счете, к появлению человека. Но чтобы понять это необходимо посмотреть на биосферу не как на геометрическую оболочку планеты, а как на сложную биокосную систему со своей организованностью, законами взаимодействия с другими оболочками планеты и даже с космосом (Рис. 3.4).

В пределах каждой сферы существует еще более тонкие структурированные уровни организации материи.

Масса внешних оболочек Земли составляет меньше 0,001% массы планеты, однако их значение в геологической истории Земли чрезвычайно велико. Атмосфера, гидросфера и биосфера обладают высокой подвижностью, поэтому они являются мощными геологическими факторами развития земной поверх­ности и преобразования горных пород. Благодаря их работе создаются озерные, речные, элювиальные, делювиальные, ледниковые, пролювиальные, эоловые, торфяные и другие отложения, слагающие верхнюю часть земной коры.

Масса внешних оболочек Земли составляет значительно меньше 0,001% массы планеты, однако их значение в геологической истории Земли чрезвычайно велико. Атмосфера, гидросфера и биосфера обладают высокой подвижностью, поэтому они являются мощными геологическими факторами развития земной поверх­ности и преобразования горных пород. Благодаря их работе создаются озерные, речные, элювиальные, делювиальные, ледниковые, пролювиальные, эоловые, торфяные и другие отложения, слагающие верхнюю часть земной коры.