Полная версия

Главная arrow География arrow Концепции современного естествознания

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Функционирование географической оболочки

Круговорот веществ в географической оболочке.

Наиболее общие свойства географической оболочки определяются ее массой, энергией и их круговоротом. Функционирование географической оболочки осуществляется посредством большого количества круговоротов веществ и энергий, обеспечивает сохранение основных ее свойств на протяжении значительного времени, обычно носит ритмический (суточный, годовой и т.д.) характер и не сопровождается ее коренным изменением. Успешное взаимодействие человека и природы возможно при понимании сущности этого функционирования, так как управление ими позволит сохранить стабильную географическую оболочку [1, 3, 13, 19, 24, 25, 30, 32].

Вещество географической оболочки и его энергия имеют земное и солнечно-космическое происхождение. Взаимодействие компонентов географической оболочки происходит путем обмена веществом и энергией в форме круговоротов различного масштаба. Энергетический баланс географической оболочки рассмотрен в § 10.1, поэтому здесь остановимся на балансе вещества и других важных для географической оболочки циклических процессах. Обычно под круговоротом веществ понимают повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества и энергии в природе, имеющие более или менее циклический характер. Эти процессы следует характеризовать как поступательные, поскольку при различных превращениях в природе не происходит полного повторения циклов, всегда присутствуют те или иные изменения в количестве и составе образующихся веществ и энергии.

В связи с неполной замкнутостью круговоротов веществ концентрация тех или иных элементов меняется в масштабах геологического времени, например в атмосфере накапливаются биогенные азот и кислород, в земной коре - биогенные соединения углерода (нефть, уголь, известняки). В разных частях планеты скапливаются (при извержении вулканов или в составе метеоритов и космической пыли) и рассеиваются водород, железо, медь, никель.

Круговорот веществ в природе включает в себя процессы преобразования простейших минеральных и органоминеральных веществ в более сложные соединения, их перемещение, дальнейшую деструкцию с образованием простых форм. Так, ежегодно из Мирового океана испаряется более 450 тыс. км3 воды и примерно столько же возвращается в виде атмосферных осадков и стока. Однако здесь проявляется неполная замкнутость круговорота воды: вода атмосферных осадков может связываться в результате различных реакций или погружения в толщу Земли; часть вещества Земли, в том числе вода, непрерывно уходит в межпланетное пространство из внешних слоев атмосферы, где скорость газов начинает превышать критическую (первую космическую) скорость. В общем случае оценить полный баланс вещества (соотношение между приходом и расходом) географической оболочки достаточно сложно. Но предполагается, что этот баланс положительный, т.е. в географической оболочке вещество накапливается.

Вещество каждой частной оболочки (гидросферы, атмосферы и проч.) присутствует в других частных оболочках. Например, вода пропитывает горные породы, а водяные пары присутствуют в атмосфере. Более того, явления и процессы, происходящие в географической оболочке, осуществляются совместно и неразрывно. Все компоненты географической оболочки взаимодействуют и проникают друг в друга.

Важнейшими круговоротами, осуществляющимися в пределах географической оболочки, считаются круговорот вещества, связанный с круговоротом воды, и круговорот, вызываемый деятельностью живого вещества.

Круговорот вещества между сушей и океаном связан с круговоротом воды. Солнечная радиация нагревает водную поверхность, что приводит к испарению огромного количества воды. Большая ее часть возвращается в Океан в виде атмосферных осадков, а остальная часть выпадает в виде атмосферных осадков на сушу и далее возвращается обратно в Океан в виде стока, главным образом речного. Если принять, что каждый год испаряется новая порция воды Океана и сохраняются существующие темпы круговорота, то оказывается, что вся вода, содержащаяся в атмосфере, обновляется за ‘До года, речные воды — за ‘До года, почвенные воды — за 1 год, воды озер — за 200—300 лет, а вся гидросфера, в том числе Океан, — за 3000 лет.

В круговороте вращается не только чистая вода. В состав водяного пара с поверхности Океана попадают ионы морских солей. С атмосферными осадками они выпадают на сушу. Эти соли, а также вещества, выщелачиваемые почвенными и грунтовыми водами вследствие процессов выветривания и почвообразования, поступают в речные воды. Часть их задерживается на суше в долинах рек, а другая часть в виде взвесей и растворов вместе с речным стоком достигает Океана. Механически взвешенное вещество постепенно выпадает на дно, а растворенное вещество смешивается с раствором морской воды, поглощается морскими организмами и в конечном счете в результате химических и биохимических процессов выпадает на дно Океана. С суши в Океан поступает значительно больше вещества, чем возвращается из Океана на сушу. Если бы этот темп сноса вещества с суши в Океан был таким же и в прошлом, то масса всех осадочных пород Земли могла бы образоваться примерно за 130 млн лет. Однако возраст осадочных пород несравненно больше, поэтому считается, что темп выветривания в настоящее время значительно выше, чем в прошлом.

Обмен веществом между сушей и морем не ограничивается описанным круговоротом. Так, поднятия и опускания поверхности суши и океанического дна приводят к изменению соотношения суши и Океана, в связи с чем морские осадки могут оказаться на суше и их вещество включается в новый круговорот. Таким образом, Океан частично компенсирует отрицательный баланс обмена веществом между сушей и Океаном. Но и этот процесс полностью не замыкает круговорот, поскольку часть осадков в областях погружения может уходить за пределы географической оболочки — в глубокие слои Земли.

Другой важнейший круговорот вызывается деятельностью живого вещества. В биосфере постоянно происходит прирост живого вещества, и за это же время отмирает такая же масса живого вещества. Подсчитано, что все живое вещество могло бы обновиться примерно за 13 лет. В процессе фотосинтеза растения на суше поглощают воду и продукты минерального питания из почвы, а в гидросфере — из верхних, освещаемых солнечными лучами слоев воды. Из воды в гидросфере и из атмосферы на суше растения поглощают углекислый газ. В процессе фотосинтеза они выделяют в атмосферу и гидросферу кислород. В результате весь кислород атмосферы может обновиться за 5800 лет, углекислый газ — за 7 лет, а вся вода гидросферы — за 5,8 млн лет. Еще более интенсивен круговорот воды, связанный с транспирацией (испарением) растительностью. Растениями суши в биологический круговорот постоянно включаются минеральные вещества из почвы, которые возвращаются в почву. Но круговорот веществ, обусловленный деятельностью живого вещества, не полностью замкнут — часть вещества на суше выходит из биологического круговорота и с речным стоком поступает в Океан. Пройдя биологический круговорот в Океане, часть вещества выпадает в осадок, из которого образуются осадочные горные породы, и надолго выключается из биологического круговорота.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>