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.

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

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.

Таблица 10.1. Этапы развития географической оболочки

	Геологические	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 бблыная 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

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 до- биогенном 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.

Географическая оболочка стала формироваться с того момента, когда растущая планета приобрела возможность саморазвития, т. е. по завершении в основном аккреационного образования ядра и мантии. Каждая планета начинает в это время создавать свои внешние оболочки, отражающие особенности самостоятельного развития. Для временной оценки событий и явлений далекого прошлого существуют свои методы определения возраста. Первоначально исходили из последовательности залегания горных пород и характера внедрений одних в другие. Затем появилась возможность дать им палеонтологическую характеристику по останкам организмов. Открытие радиологических методов позволило оценить абсолютный возраст земных образований.

Историю Земли подразделяют на два этапа (зона): криптозой (время скрытой жизни) и фанерозой (время явной жизни).

Фанерозой довольно хорошо изучен и на основании палеонтологических материалов, подтвержденных данными других методов, подразделен на эры, периоды и эпохи (табл. 8.1).

Криптозой изучен слабо, особенно его ранние этапы. Общепринято деление криптозоя на протерозой и архей. Время между возникновением планеты и образованием известных ныне горных пород определяют как катархей.

Фактологических данных о начальном этапе становления географической оболочки практически нет. Несомненно, что земные процессы и явления того времени происходили в условиях интенсивного космического энергетического воздействия, а также бомбардировки метеоритами и другими телами, которые относительно легко достигали земной поверхности при отсутствии существенной атмосферы. Количество твердых разноразмерных объектов в окружающем пространстве было еще значительным из-за неполной упорядоченности вещества допланетного облака. В условиях остаточной атмосферы первичной туманности началось формирование собственно планетных образований. По общим представлениям ученых, подкрепленным и радиологическим материалом, Земля как самостоятельная планета образовалась 4,5-4,7 млрд лет назад.

Предполагается, что в катархее и раннем архее вулканогенные горные породы, вероятно, основного (базальтового) состава соз дали первичную земную кору, закрывшую ультраосновную пери-дотитовую корку аккрецированной планеты со следами многочисленных метеоритных бомбардировок. Поступающие из недр соединения углерода, серы, аммиака, водорода и других газов и эманации стали замещать постоянно диссипирующую остаточную водородно-гелиевую атмосферу и формировать первичную земную атмосферу, а выделяющиеся при дегазации недр водяные пары и другие жидкости могли конденсироваться и дать начало образованию поверхностных вод гидросферы. В дегазируемом веществе могли находиться и незначительные количества кислорода, который фактически не мог существовать в свободном состоянии и активно соединялся с другими элементами. Конденсация жидкостей из горячих паров скорее всего происходила вблизи земной поверхности и в толщах эффузивных образований, представленных чаще всего лавами, лаво-брекчиями и пеплами.

Таблица 8.1. Стратиграфическая шкала

Эон

Эратема (эра)

Продолжительность, млн лет

Система (период)

Начало, млн лет

Продолжительность, млн лет

Отдел (эпоха)

Начало, млн лет

Продолжительность, млн лет

фанерозой (750 млн лет)

Кайнозойская Kz

Четвертичный (антро-погеновый) Q

1,6

1,6

Голоцен

0,01

0,01

Плейстоцен

0,8

0,8

Эоплейстоцен

1,6

0,7

Неогеновый N

24,6

23,0

Плиоцен

5,15

3,5

Миоцен

24,6

19,5

Палеогеновый Р

40,4

Олигоцен

38,0

13,4

Эоцен

54,9

16,9

Палеоцен

10,1

Мезозойская Mz

Меловой К

Верхний

97,5

32,5

Нижний

46,5

Юрский J

Верхний

Средний

Нижний

Триасовый Т

Верхний

Средний

Нижний

Палеозойская Pz

Пермский Р

Верхний

Нижний

Каменноугольный С

Верхний

Средний

Нижний

Девонский D

Верхний

Средний

Нижний

Силурийский S

Верхний

Нижний

Ордовикский О

Верхний

Средний

Нижний

Кембрийский Є

Верхний

Средний

Нижний

Эон	Продолжительность, млн лет	Эратема (эра)	Система (период)	Начало, млн лет	Продолжительность, млн лет	Отдел (эпоха)	Начало, млн лет	Продолжительность, млн лет
криптозой (докембрий)	Протерозой Pr	Верхний (поздний)			Венд V	650±20		Верхний	620+15
Нижний	650 ±20
Рифей	Поздний		1000 ±50
Средний		1350±20
Ранний		1650 + 50
Нижний (ранний)		Карелии	Верхний (поздний)		1900 ±50
Нижний (ранний)		2500 ±50
Архей Ar	Верхний (поздний)			3150 + 50
	Нижний (ранний)	>400		4000 ±100
Азойский (катархейский)		4700 ±100

Рис. 8.1. Схема эволюции географической оболочки

На рис. 8.1 и 8.2 приведены схемы эволюции химического состава атмосферы и форм жизни на Земле. На рис. 8.2 показано также соотношение между содержанием кислорода в атмосфере в разные геологические эпохи и возникновением и количеством жизненных форм организмов (бактерий, растений, животных). Заметим, что схемы исходят из предположения о земном происхождении жизни, которая запаздывает по отношению к абиогенной природе. В настоящее время многие считают, что начальные формы жизни присутствовали с момента аккреции или со времени ее окончания. К тому же новейшие исследования показали наличие остатков живых организмов в породах с возрастом 3,5-3,2 млрд лет, а время начального фотосинтеза установлено на рубеже 3,5-3,8 млрд лет. К этому времени относятся и находки проблематичных остатков жизни.

Многочисленные эксперименты по получению из неорганических элементов органических соединений неоднократно приводили к успеху. Однако всегда из неорганических химических компонентов получались только химические органические соединения без признаков биологической активности. Таким образом, очевидно существование в природе двух принципиально различных типов вещества: минерального атомарно-кристаллического и живого атомарно-организменного. Коренные различия в биологической активности, даже химически одинаковых соединений, свидетельствует об их принципиальной индивидуальности и невозможности перехода минеральных неорганических и органических веществ в биоорганические живые вещества. Поэтому не следует искать на Земле следы начала жизни. Жизнь вечна и имеет свои особые формы существования.

Рис. 8.2. Схема развития органического мира на фоне изменения содержания свободного кислорода (по Б. С. Соколову): 1 - губки; 2 - кишечнополостные; 3 - гребневики; 4 - черви; 5 - членистоногие; 6 - моллюски; 7- мшанки; 8 - брахиоподы; 9 - иглокожие; 10 - погонофоры; 11 - рыбы; 12 - полухордовые; 13 - позвоночные (черепные); КСА - концентрация кислорода в современной атмосфере

Реконструкция состава литосферы. Наиболее древние из обнаруженных горных пород с возрастами 3,8-4,1 млрд лет известны лишь в нескольких местах: запад Австралии, юг Африки, восток Южной Америки, северо-восток Северной Америки и юг Гренландии, центр и юго-восток Азии, восток Европы и Антарктида. Наиболее типичными формированиями являются «серые гнейсы», местами подстилаемые «розовыми гнейсами», или гранулитами, с залегающими на них осадочно-вулканогенными отложениями.

Последние хорошо изучены в разрезах юга Гренландии, где они представлены серией Исуа, которая сложена амфиболитами, кремнистыми и карбонатными сланцами с прослоями обломков, полосчатыми железистыми кварцитами с точечными вкраплениями округлых образований окисленного железа, конгломератами с гальками кварцитов, карбонатно-кремнистыми и карбонатными породами. Абсолютный возраст пород серии Исуа и подстилающих их гнейсов составляет 3,8 - 3,7 млрд лет.

Результаты анализа отложений позволяют с разной степенью достоверности утверждать:

Наличие в это время на поверхности планеты воды;

Развитие эрозионно-денудационной деятельности на суше, поставлявшей обломочный материал в водоемы;

Существование разных химических условий осадконакопления, из-за чего сменялось накопление железистых, карбонатных или кремнистых осадков;

Появление свободного кислорода, о чем свидетельствуют округлые выделения окисленного железа, что некоторыми исследователями связывается с присутствием фотосинтезирующих организмов;

Вкрапления могут быть остатками первичных организмов гетерогенного типа, названных исуасферами;

Наличие остатков живых организмов требует признания более раннего существования автотрофной жизни;

Начало осадконакопления, видимо, происходило одновременно с остыванием формирующейся земной коры и изменением горных пород (метаморфизмом);

Произошла смена состава атмосферы - окончательно исчезла остаточная и возникала первичная земная углекислого состава, что подтверждается химизмом горных пород, изменением степени метаморфизма, спецификой жизнедеятельности;

К моменту начала накопления осадков на Земле уже существовала жизнь в достаточно развитой форме.

Известно, что поверхность молодой планеты получала много тепла из недр благодаря малой мощности земной коры, а также извне - от остаточной атмосферы, водородно-гелиевый состав которой обеспечивал высокие температуры и давления. Поэтому метаморфизм мог происходить непосредственно на поверхности Земли или метаморфический облик являлся исходным для пород того времени. Именно разным прогревом можно объяснить смену «розовых гнейсов» и гранулитов с оригинальными овоидными структурами на «серые гнейсы», а затем на амфиболито-зеленосланцевые породы.

Нахождение остатков организмов в древних осадочно-метаморфизованных породах свидетельствует об их более раннем происхождении и связи с водной средой. Но совершенно не обязательно наличие огромных водоемов. Для процесса жизнедеятельности вполне достаточно водных капель на поверхности суши или в пустотах горных пород. Очевидно, что остатки жизни надо искать не только в осадочных породах, но и в метаморфических разностях, включая гнейсы и граниты. Случаи обнаружения в них организмов науке известны, хотя и вызывают много вопросов. Исследования геологов-нефтяников и специалистов по дегазации Земли свидетельствуют о поступлении из мантийного вещества сложных углеводородов, способных не только объяснять происхождение нефти, но и стать источниками первичных форм жизни.

О наличии жизнедеятельности уже на первых порах развития земной коры свидетельствует факт установления в породах черно-сланцевой формации углерода биоорганического происхождения. Предполагают, что уже 3,2-3,5 млрд лет назад при образовании мощных (до нескольких сотен метров) толщ углистых сланцев почти половина слагающего их углерода возникла за счет гибели живых организмов и углефикации их вещества. Трудно представить необходимое количество микроорганизмов с массой в сотые и тысячные доли грамма, но то, что окружающая среда позволяла им осуществлять активную деятельность, несомненно. Таким образом, еще раз хочется отметить прозорливость В. И. Вернадского и согласиться с его выводом о том, что исследование земного материала не указывает на наличие такого времени, когда не было живого вещества. В геологическом смысле жизнь вечна.

Реконструкции состава атмосферы. Очевидно, что первичная атмосфера, вначале постепенно, а затем относительно быстро (в геологическом масштабе времени) стала замещаться вторичной, где уже преобладали азот и кислород в свободном состоянии. С начала фанерозоя (570 млн лет назад) до середины девонского периода концентрация кислорода составляла меньше половины современной (рис. 8.3). В конце девона - карбоне - вероятно, в связи с интенсивным вулканизмом и бурным развитием наземной растительности, содержание кислорода резко увеличилось, превысив даже современный уровень. На протяжении позднего палеозоя наблюдается снижение содержания О 2 , достигшее минимума на границе перми и триаса. В начале юрского периода отмечено его резкое увеличение, превысившее современный уровень в 1,5 раза. Такая ситуация существовала до середины мела, когда произошло снижение концентрации О 2 до современного уровня.

Не менее контрастно в фанерозое менялось содержание атмосферного СО 2 . В начале фанерозоя оно было 10-кратным по отношению к современному, к началу девона снизилось, а затем, по-видимому, в связи с каледонским вулканизмом стремительно возросло. В последующем наблюдались резкие колебания СО 2 , обусловленные вулканизмом, различной активностью фотосинтезиру-ющих организмов, температурой Мирового океана и состоянием карбонатной системы «атмосфера-океан-донные осадки», являющейся основным поглотителем СО 2 .

Рис. 8.3. Эволюция содержания О 2 и СО 2 и колебаний выбросов вулканического материала К вулк в фанерозое (по М. И. Будыко)

Газовый состав атмосферы, гидросферы и литосферы часто считают функцией лишь жизнедеятельности организмов, главным образом процесса фотосинтеза. Но это не единственный, а подчас, видимо, и не главный источник. При дегазации недр поступают не меньшие количества различных газов, в том числе мантийного кислорода с иным, чем у фотосинтетического, соотношением изотопов. Сравнение содержаний кислорода и диоксида углерода в разные эпохи фанерозоя показывает их сходный характер, что не может быть объяснено фотосинтезом, в процессе которого диоксид углерода расходуется на формирование органического вещества и при этом выделяется избыток свободного кислорода. Если же учесть совпадение эпох повышенных концентраций кислорода и диоксида углерода с периодами орогенеза, тектонических движений и трансформаций земных недр, то их источник становится очевидным. С течением времени в земной атмосфере происходило уменьшение количеств диоксида углерода при возрастании содержаний азота и кислорода, но процесс этот не был постепенным, а носил скачкообразный характер, обусловленный ритмичным проявлением природных процессов.

Реконструкция гидросферы. Установлено, что первичные воды были кислыми из-за активных вулканических процессов и углекислого состава атмосферы, поставлявшей основные осадки. Пресные воды появились позднее, очевидно, в результате резких климатических изменений - ледниковых периодов и межледниковых эпох (рис. 8.4 и табл. 8.2). Одним из самых спорных остается вопрос об объеме земных вод. Очевидно, что изначально не могло возникнуть такого огромного количества воды - не было источника. Кроме того, все первичные водоемы докембрия носили эпиконтинентальный характер - это залитая водой бывшая суша. Современные материалы о строении дна океанов свидетельствуют об их возникновении только с середины мезозойского времени (180-200 млн лет). Довольно убедительны доказательства о происхождении их за счет раздвигания земной коры по зонам рифтогенных разломов с внедрением мантийного вещества основного и ультра-основного составов и одновременным заполнением водами, как атмосферного, так и глубинного генезиса. Процесс продолжается до настоящего времени (рис. 8.5). Для некоторых океанов, например Атлантического (см. рис. 5.5), характерно симметричное расположение пород одного возраста относительно центральной зоны срединно-океанического хребта, для других, например, Тихого (см. рис. 5.4), - более сложное.

С возникновением атмосферы и гидросферы начались выветривание первичных пород земной коры, перенос минерального вещества и образование осадочных пород. В настоящее время известно всего несколько районов выхода на дневную поверхность древнейших горных пород (рис.8.6). Осадочные и магматические породы, попадая в условия высокого давления температуры, превращались в кварциты, гнейсы, сланцы, формируя гранитогнейсовый слой континентальной земной коры. Закладывались фундаменты древних платформ. По мере их развития древнейшие участки земной коры становились щитами, возникали более молодые осадочно-вулканогенные бассейны аккумуляции, которые впоследствии образовали чехол докембрийских платформ. Неоднократное проявление во времени таких процессов привело к современной структуре материков - сочленению платформ разного возраста, отчасти разделенных складчатыми поясами и областями более молодого осадконакопления.

Рис. 8.4. Распределение эпох горообразования и ледниковых периодов за последние 600 млн лет (по Б.Джону и др., 1982). Хронология эпох орогенеза различается в разных странах

Таблица 8.2. Ледниковые периоды в истории Земли (по Б.Джону, Э.Дербиширу, Г.Янгу, Р. Фейербриджу, Дж. Эндрюсу, 1982)

Ледниковый период	Примерный возраст, млн лет	Примерная продолжительность, млн лет	Геологический период
Кайнозойский			Четвертичный и третичный
Мезозойский (?)	150?	Не известна	Юрский (?)
Пермско-каменно-угольный		50?	Пермский и каменноугольный
Позднеордовикский		25?	Силурский и ордовикский
Варангский, или эокембрийский		20?	Позднепротерозой
Стертский, или инфракембрийский I		50?	-
Гнейсеский, или инфракембрийский II		50?	Средне- и позднепро-терозойский
Гуроне кий (вероятно, включает два или три ледниковых периода)		200?	Раннепротерозойский

Рис. 8.5. Крупные литосферные плиты (по В.Моргану, 1968): - границы расходящихся плит (цифры показывают скорость спрединга, см/год); - границы сходящихся плит (желоба и цепи альпийских гор); 3 - мантийные струи, или вулканизм «горячих точек»

Рис. 8.6. Главные тектонические структуры Земли (по А.С.Монину, 1977): материки: 1 - древние ядра платформ; 2 - щиты; 3 - докембрийские платформы; 4 - первичные дуги (поясы Альпийского орогенеза, зоны сжатия); 5 - офи-олитовые зоны; океаны: 6- контуры срединно-океанических хребтов; 7- рифто-вые долины (зоны растяжения); 8 - поперечные разломы; 9 - глубоководные желоба; стрелки - направление растяжения

Рис. 8.7. Схема некоторых основных событий в истории биосферы (по В.А.Вронскому, Г.В.Войткевичу, 1997)

Реконструкция органического мира. Быстрое развитие органического мира началось в конце протерозоя - начале палеозоя (хотя наиболее древние следы жизни почти ровесники осадочных пород). В ордовике появились первые представители позвоночных животных - панцирные рыбы. В силуре растения и животные вы шли на сушу, с чем связывают увеличение содержания кислорода в атмосфере, достигшее половины его современного уровня. Произошло оформление озонового слоя, который стал защищать приповерхностные слои Земли от жесткого солнечного и космического излучения. Появление озонового слоя и его роль в жизнедеятельности организмов намного сложнее, чем обычно считается. Во-первых, доказано, что многие организмы, особенно простейшие практически не реагируют на космическое излучение. Во-вторых, в геологических разрезах обнаружены следы достаточно развитых палеопочв с возрастами до 3,1 млрд лет, что свидетельствует о поверхностной жизнедеятельности организмов, участвующих в почвообразовательных процессах. В этой связи к приведенной схеме развития органического мира с указанием критических точек содержания кислорода следует относиться как к одному из возможных вариантов. Приведем еще одну схему некоторых основных событии эволюции географической оболочки, показывающей фактическую идентичность понятий биосфера в широком смысле и географическая оболочка (рис.8.7).

Выход сравнительно высокоразвитых организмов на сушу явился революцией в развитии органического мира и всей природы земной поверхности. Многообразие экологических условий на суше стимулировало биологическую эволюцию. Резко возросла масса живых организмов, усилились и приобрели большее разнообразие биогеохимические круговороты.

В девоне четко оформилась дифференциация физико-географических обстановок: появились лесные, болотные и аридные ландшафты, лагунное соленакопление, возникла окислительно-восстановительная контрастность географической оболочки. С карбона стала отчетливо проявляться географическая зональность, следы которой известны еще с протерозоя.

В мезозое дифференциация и усложнение физико-географических условий продолжались. На рубеже палеозойской и мезозойской эр произошла резкая смена животного мира -началось бурное развитие пресмыкающихся (ящеров). В юре появились покрытосеменные (цветковые) растения, а в мелу они стали господствующими. В конце мелового периода гигантские пресмыкающиеся вымерли. Возникли степи и саванны.

К мезозойской эре относятся крупные изменения в строении поверхности Земли, связанные с мощными расколами земной коры вплоть до верхней мантии, ее раздвижением и образованием океанических впадин. Возникла современная конфигурация континентальных и океанических глыб с высотой суши до 9 км (гора Джомолунгма, 8848 м) и глубинами океана более 11 км (Марианский желоб, 11 034 м). Такой контрастный рельеф появился впервые в истории Земли, что, несомненно, сказалось на функционировании географической оболочки.

События кайнозоя оказали огромное влияние на современный облик земной поверхности. Одним из важнейших событий явилась альпийская складчатость, начавшаяся в палеогене и охватившая большие площади Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского поясов. От неогена ведет отсчет неотектонический, или новейший, этап развития земной коры, который ознаменовался интенсивным поднятием материков: высота суши в неогене и плейстоцене увеличилась в среднем на 500 м. В геосинклинальных поясах образовались молодые горы, испытали повторные поднятия и более древние горы (Тянь-Шань, Урал, Аппалачи и др.).

Рост площади и высоты материков способствовал охлаждению земной поверхности. В Антарктиде с середины миоцена образовался ледниковый покров (в Северном полярном бассейне морские льды и ледники на прилегающей суше и островах возникли значительно позднее). Около ледниковых щитов образовались перигляциальные зоны с холодным сухим климатом и тундрово-степной растительностью.

Последний период кайнозойской эры - четвертичный - называют также антропогеновым (в связи с появлением человека) или ледниковым (в связи с усилением похолодания и распространением ледников на значительных пространствах Северной Америки и Евразии). На Русской равнине ледники достигали 49° с.ш., а в Северной Америке - даже 37° с. ш.

Время, когда ледники занимали большие площади, называют ледниковыми эпохами, когда отступали - межледниковыми эпохами. Современная эпоха - голоцен, наступившая около 10-12 тыс. лет назад, скорее всего, соответствует очередному межледниковью. Об изменениях природной среды за последние сотни тысяч лет можно судить по материалам глубокого бурения ледников (рис. 8.8).

Наиболее примечательный факт в развитии природы за последние миллионы лет - появление человека. Человек относится к семейству гоминид и в настоящее время является единственным видом этого семейства. Дифференциация гоминид и обезьян произошла еще в олигоцене. Самый ранний известный представитель гоминид - миоценовый рамапитек, его останки были найдены в Восточной Африке, Южной и Восточной Азии. Следующее звено эволюции - плиоценовый австралопитек, находки которого датируются временем от 5 до 1,75 млн лет. Это был предшественник человека.

В плейстоцене появились архантропы (питекантроп, синантроп и др.), принадлежавшие уже к роду человека. Древнейший период в развитии человечества, когда орудия труда и оружие изготовлялись из камня, дерева и кости, называется каменным веком. Он продолжался весь плейстоцен и часть голоцена. Человек в этот период своего существования фактически был одним из компонентов биоценоза, мало отличаясь по характеру поведения и воздейтвия на среду обитания от животных: он занимался собиранием растительной пищи, охотился на животных.

Ранний палеолит (более 350-400 тыс. лет назад) был временем существования поздних архантропов. Около 350 тыс. лет назад они сменились палеоантропами, или неандертальцами, широко расселившимися по суше. В это время появились жилища из деревьев и костей, построенные на открытых пространствах, а также распространились ритуальные действия.

На рубеже среднего и позднего палеолита (30-40 тыс. лет назад) появились неоантропы (кроманьонцы), морфологически близкие к современному человеку. Некоторое время кроманьонцы существовали параллельно с палеоантропами. В этот период возникает первая общественно-экономическая формация - первобытно-общинный строй. Способы хозяйствования усложняются: к собиранию растений и охоте на крупных животных добавляются строительство жилищ, использование домашних животных, рыбная ловля, изготовление одежды. В этот период возникло изобразительное искусство. Новейшие археологические раскопки свидетельствуют о более сложной картине развития человека - совместного нахождения неандертальцев и кроманьонцев. Вполне возможно, что последовательность развития человеческого рода, устанавливаемая по одиночным находкам в разных частях мира, характеризует не только временную смену форм, но и отражает их пространственные различия.

Около 10 тыс. лет назад палеолит сменился мезолитом - культурой с еще более сложным хозяйством: появились поселения и человек начал реальное вторжение в географическую среду, постепенно превращая ее из чисто природной в природно-антропогенную.

Примерно 6-4 тыс. лет назад наступил неолит, важнейшей особенностью которого стал переход к оседлому образу жизни и совершенствование отношений человека и общества с природой.

Около 4-2 тыс. лет до н.э. каменный век сменился бронзовым. Широкое распространение получили разведение домашнего скота и земледелие, оказавшие сильное воздействие на природную среду. Обычно применялось подсечно-огневое земледелие: лес выжигался, чтобы освободить место для пашни. В течение нескольких лет после этого естественное плодородие земельного участка истощалось и землю забрасывали, освобождая от леса следующий участок.

В железном веке (2 тыс. лет до н.э.) появляются разнообразные ремесла, связанные с использованием железа, развивается техника, усиливается разделение труда. Первобытно-общинный строй во многих регионах мира вытесняется классовым обществом. Быстро растет численность населения, которая к началу новой эры достигает 200 млн человек. Биологическая эволюция человека перестает быть главной, а ведущее значение приобретает эволюция социальная, связанная с развитием общественных отношений, техники, науки, культуры. Непосредственная зависимость человека от стихийных сил природы уменьшается.

Воздействие человека приводит к перестройке природных ландшафтов: сокращаются площади лесов, увеличиваются пашни и пастбища, появляется орошаемое земледелие, создаются каналы и водохранилища. Особенно возрастает его влияние в XVIII -XIX вв., при переходе к капиталистическим формам хозяйствования. К концу XX в. воздействие человека на природную среду в ряде случаев оказывается сопоставимым с действием естественных процессов и явлений, а по негативным последствиям даже превосходит его. Человек, по выражению В.И.Вернадского, становится геологической (планетарной) силой. Но при этом необходимо помнить, что Вернадский в 1942 г. писал буквально следующее: «Геологическая роль человека выявляется его разумом и его техникой и может быть рассматриваема как все более и более созидательное изменение им окружающей природы». Геологической силой в таком понимании человек до сих пор не стал. Значительный «вклад» людей в окружающую его географическую среду чаще всего носит локальный и реже региональный характер. В глобальном масштабе процессы и явления контролируются естественными силами планеты.

Таким образом, анализ событий позволяет выявить главную закономерность: на протяжении геологической истории Земли наблюдается направленное необратимое изменение географической оболочки. Оно выражается в качественном преобразовании и усложнении ее составных частей: переходе от относительно однообразной жизни к многообразным формам, завершившимся антропогенезом, движении от примитивно-пустынных скалистых ландшафтов к целому спектру ландшафтных зон - разнотемпературных и разноувлажненных, развивающихся на различных высотах и глубинах и охвативших практически все континенты и океаны. Направленное изменение земной коры и рельефа выражалось в увеличении площади платформ, разнообразии строения складчатых зон, возрастании скорости осадкообразования из-за расчлененности рельефа и мощности осадочной оболочки, повышении контрастности рельефа (увеличение высоты континентов и глубины океанических впадин). Географическая оболочка становилась все более сложной и многоликой.

Для географической оболочки характерны также неравномерность развития, периодичность, цикличность и метахронность процессов. Необходимо особо подчеркнуть, что представления о поступательном эволюционном характере развития окружающей нас природы не вполне правильны. Естественные процессы и явления развиваются ритмично, но неравномерно во времени и пространстве, они изменчивы в качественных проявлениях и количественных характеристиках, они то усиливают друг друга, совпадая по конечным результатам своей деятельности, то, наоборот, уничтожают или нивелируют действия друг друга. В результате ход развития Земли и ее оболочек носит прерывисто-непрерывный характер, который можно назвать эволюционно-революционным прогрессивно направленным на усложнение и совершенствование географической оболочки. В геологической истории нашей планеты выделяются периоды скачкообразных «усилений» и «падений» развития как среди неживой, так и живой природы. Это известные времена расцвета и вымирания организмов, тектонические затишья и периоды активизации земных недр, чередования холодных и теплых эпох, трансгрессий и регрессий и многое другое. Колебательный тип изменений географической оболочки и ее отдельных компонентов происходит на фоне совершенствования географического пространства, а пилообразный характер изменения биоразнообразия - на фоне увеличивающегося количества выживаемых родов и семейств организмов. Таким образом, естественный ход развития нашей планеты пока носит прогрессивный характер, обеспечивающий жизнедеятельность возрастающего многообразия ландшафтов. Трудности функционирования связаны исключительно с социальными аспектами. Так, высказывания о перенаселенности планеты и невозможности прокормить еще один миллиард жителей опираются не на реальные возможности природы Земли, а на желание определенного круга населения. Если речь вести не об избыточном обеспечении жизни, а о биологически и социально допустимом, то продолжающийся рост рождаемости в целом есть свидетельство расцвета географической системы. Природа способна сама регулировать многие процессы и явления, и увеличение рождаемости или популяций организмов есть прямое свидетельство прогресса в развитии.

Географическая оболочка развивается под влиянием разных сил. Внешние силы (солнечная радиация, космические поля и др.) хотя и не оставались неизменными, но все же не менялись направленно (а если и направленно, то в несравнимо ином масштабе времени), поэтому они не могли вызвать направленного развития природы земной поверхности. Направленный характер имело развитие планеты как космического тела (и вместе с ним геотектоническое развитие), что и определило многие закономерности географической оболочки. Большую роль при этом сыграло развитие живых организмов и формирование биосферы.

Немаловажное значение имеет и собственная организация географической оболочки. Возникновение и характер атмосферной и океанической циркуляции, закономерности тепло- и влагообмена, динамики ледников, осадконакопления и многие другие явления обусловливают перемещения огромных масс вещества и формирование геохимической обстановки и ландшафтной структуры.

Эти новообразования в свою очередь становятся факторами последующей эволюции, которая происходит по пути дальнейшего усложнения структуры и процессов в общем направлении от хаоса к порядку.

Специфическую эволюционную роль играют человечество и его деятельность, нацеленная на формирование территориальной и функциональной структуры хозяйства, «пронизывающей» природную среду и оказывающей на нее все большее (нередко разрушающее) влияние. Большое значение имеет культура, которая определяет отношения человека и природы, устанавливает систему человеческих ценностей, и определенных традиций.

Контрольные вопросы

Каковы свидетельства возникновения Земли и географической оболочки?

Что характеризует геохронологическая шкала?

Как протекали начальные процессы на планете?

Каков возможный генезис древнейших горных пород?

Понятие «географическая оболочка»

Замечание 1

Географическая оболочка –это непрерывная и целостная оболочка Земли, состоящая из земной коры, тропосферы, стратосферы, гидросферы, биосферы и антропосферы. Все компоненты географической оболочки находятся в тесном взаимодействии и проникают друг в друга. Между ними происходит постоянный обмен веществом и энергией.

Верхняя граница географической оболочки – стратосфера, расположенная ниже максимальной концентрации озона на высоте около 25 км. Нижняя граница проходит в верхних слоях литосферы (от 500 до 800 м).

Взаимное проникновение друг в друга и взаимодействие составляющих географическую оболочку компонентов – водной, воздушной, минеральной и живой оболочек определяет ее целостность. В ней можно наблюдать помимо непрерывного обмена веществ и энергии также и постоянный круговорот веществ. Каждый компонент географической оболочки, развиваясь согласно собственных законов, испытывает на себе влияние остальных оболочек и сам воздействует на них.

Воздействие биосферы на атмосферу связано с процессом фотосинтеза, вследствие которого происходит интенсивный газообмен между живым веществом и воздухом, а также регулирование в атмосфере газов. Зеленые растения поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород, без которого невозможна жизнь большей части живых организмов на планете. Благодаря атмосфере земная поверхность не перегревается солнечной радиацией днем и не остывает значительно ночью, что необходимо для нормального существования живых существ.

Биосфера оказывает влияние на гидросферу. Живые организмы могут воздействовать на соленость вод Мирового океана, забирая из воды некоторые вещества, необходимые для их жизнедеятельности (например, кальций нужен для формирования панцирей, раковин, скелетов). Водная среда – место обитания многих живых существ, вода необходима для нормального протекания большинства процессов жизнедеятельности представителей растительного и животного мира.

Влияние живых организмов на земную кору более всего выражено в ее верхней части, где происходит накопление остатков растений и животных, формируются породы органического происхождения.

Живые организмы принимают активное участие не только в создании горных пород, но и в их разрушении. Они выделяют кислоты, разрушающие породы, воздействую корнями, образующими глубокие трещины. Вследствие этих процессов твердые и плотные породы превращаются в рыхлые осадочные (галька, гравий). Создаются все условия для формирования того или иного типа почв.

Изменение какого-либо одного компонента географической оболочки отражается на всех других оболочках. Например, эпоха великого оледенения в четвертичный период. Расширение поверхности суши создало предпосылки для наступления более сухого и холодного климата, что привело к образованию толщи льда и снега, покрывших значительные территории на севере Северной Америки и в Евразии. Это, в свою очередь, повлекло за собой изменение растительного, животного мира, почвенного покрова.

Компоненты географической оболочки

К основным компонентам географической оболочки относятся:

1. Земная кора. Верхняя часть литосферы. Отделена от мантии границей Мохоровича, характеризующейся резким повышением скоростей сейсмических волн. Толщина земной коры колеблется от шести километров (под океаном) и до 30-50 км (на материках). Существует два типа земной коры: океаническая и континентальная. Океаническая кора состоит в основном из пород основного состава и осадочного чехла. В континентальной коре выделяют базальтовый и гранитный слои, осадочный чехол. Земная кора состоит из отдельных, разных по размеру литосферных плит, передвигающихся относительно друг друга.
2. Тропосфера. Нижний слой атмосферы. Верхняя граница в полярных широтах – 8-10 км, в умеренных – 10-12 км, в тропических – 16-18 км. Зимой верхняя граница несколько ниже, чем летом. В тропосфере содержится 90% всего водяного пара атмосферы и 80% всей массы воздуха. Для нее характерны конвекция и турбулентность, облачность, развитие циклонов и антициклонов. С повышением высоты понижается температура.
3. Стратосфера. Ее верхняя граница находится на высоте от 50 до 55 км. С ростом высоты температура приближается к значению 0 ºС. Характерны: малое содержание водяного пара, низкая турбулентность, повышенное содержание озона (его максимальная концентрация наблюдается на высоте 20-25 км.).
4. Гидросфера. Включает все водные запасы планеты. Наибольшее количество водных ресурсов сосредоточено в Мировом океане, меньше – в подземных водах и континентальной сети рек. Большие запасы воды содержатся в виде водяного пара и облаков в атмосфере. Часть воды сохраняется в виде льда и снега, образуя криосферу: снежный покров, ледники, вечная мерзлота.
5. Биосфера. Совокупность тех частей компонентов географической оболочки (литосфера, атмосфера, гидросфера), которые заселены живыми организмами.
6. Антропосфера, или ноосфера. Сфера взаимодействия окружающей среды и человека. Признание данной оболочки поддерживается не всеми учеными.

Этапы развития географической оболочки

Географическая оболочка на современном этапе – результат продолжительного развития, в процессе которого она постоянно усложнялась.

Этапы развития географической оболочки:

• Первый этап – добиогенный. Продолжался 3 млрд. лет. В это время существовали исключительно простейшие организмы. В развитии и формировании географической оболочки они принимали слабое участие. Атмосфера характеризовалась высоким содержанием углекислого газа и низким – кислорода.
• Второй этап. Продолжительность – около 570 млн. лет. Для него характерна главенствующая роль живых организмов в формировании географической оболочки. Организмы оказывали воздействие на все компоненты оболочки: изменился состав атмосферы и воды, наблюдалось накопление горных пород органического происхождения. В конце этапа появились люди.
• Третий этап – современный. Начался 40 тыс. лет назад. Для него характерно активное влияние человеческой деятельности на разные компоненты географической оболочки.

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.

Географическая оболочка

Понятие и состав географической оболочки

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.

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.

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