Материал: 5721

10

многие ученые считают, что основной причиной, непрерывно рождающей тепло в недрах Земли, является не только тепло выделяющееся при радиоактивном распаде и гравитационной дифференциации вещества, но и тепло, связанное с фазовыми переходами и химическими реакциями, действующими внутри земли, а также тепло реликтового излучения, сохранившееся со времен формирования Земли.

1.2. Внешние оболочки Земли

Гидросфера. Под гидросферой понимают совокупность всех вод Земли, находящихся в твердом, жидком и газообразном состояниях. Больше всего на Земле жидкой воды. Объем её около 1,37 1024 см3. Она образует на поверхности Земли Мировой океан, общая площадь которого равна 3,61 1018 см2, т.е. 70,8% площади всей земной поверхности. Средняя глубина Мирового океана около 3800 м, в то время как средняя высота суши над уровнем моря примерно 875 м. Максимальная глубина Мирового океана, зарегистрированная в Марианской впадине (Тихий океан), равна 11034 м. Как известно, на суше самая высокая вершина Джомолунгма (Эверест) поднимается до высоты 8848 м.

Мировой океан занимает приблизительно 71% общей поверхности планеты. Средняя глубина вод океана составляет 3,8 км, общий объем воды – приблизительно 1 млрд. 340 млн. км3. Тихий океан – самый протяженный и самый глубокий. Его площадь равна 170 млн. км2. Площадь Атлантического океана равна 91,5 млн. км2, а площадь Индийского океана – 76 млн. км2. Соленость вод морей и океанов составляет в среднем 35 промилле (pro mille – одна тысячная величины, или 0,1%).

Общее количество минерального вещества, выносимого

Возможно поэтому вода морей и океанов соленая, хотя на этот счет нет единого мнения. Морская вода содержит около 50 химических элементов. Средняя соленость морской воды равна 35 °/оо (промилле), т.е. в 1 кг воды содержится 35 г солей. Общее

11

количество растворенных в воде солей оценивается в 4,5 1022 г. Благодаря наличию растворенных солей вода мирового океана явилась той питательной средой, в которой возникла и развилась органическая жизнь.

Все воды, находящиеся под земной поверхностью, называют подземными. Если вода свободно течет по подземному каналу, в толще твердых пород (трещина, пещера), то имеет место подземный водоток, скорость которого может измеряться метрами в секунду. Воды, просачивающиеся через рыхлые породы (песок, гравий, галька), называются фильтрующимися. В последнем случае воде приходится преодолевать силы трения у каждого зерна рыхлой породы, а скорость водотока будет измеряться метрами в сутки. Самый ближний к поверхности земли горизонт подземных вод носит название грунтовых вод.

Подземные воды делят на вадозные (влага атмосферы) и ювенильные (из паров воды раскаленной магмы). Ювенильные воды в местах недавнего вулканизма часто образуют источники. Вода, попавшая в грунт, доходит до водоупорного слоя. Накапливаясь на его поверхности она обильно пропитывает вышележащие породы и образует, так называемый, водоносный горизонт (обычно он имеет наклон). Когда появляется искусственный или естественный доступ к такому горизонту, возникают артезианские колодцы. В определенных условиях подстилающим слоем может быть мерзлота.

Гидросфера обладает огромным многообразием озер и болот. По генезису озера могут быть ледниковыми, проточными, термокарстовыми, солеными. Бывают озера, промерзающие до дна и частично. Есть озера, в которых солнечные лучи достигают дна (глубиной 4,5 м и менее). Их часто называет прудами. В них имеется растительность по всей поверхности дна. В целом растительная и животная жизнь озер очень разнообразна. Однако первопричиной происхождения большинства озер является таяние ледников. Болотами называются участки земной поверхности, избыточно увлажненные пресной или соленой водой. Наиболее распространены болота травяные, моховые и смешанные.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли. По составу, температурному режиму, электрическим характеристикам и

12

другим физическим свойствам атмосфера (рис. 1.2) в вертикальном направлении может быть разделена на ряд слоев, наиболее крупные из которых получили название сфер. Особенно отчетливо различие в свойствах этих слоев проявляется в распределении температуры по высоте. В связи с этим в метеорологии с начала текущего столетия было принято разделять атмосферу на две части: тропосферу (нижний слой) и

стратосферу (верхний слой).

Рис. 1.2. Схема вертикального строения атмосферы (П.Н. Тверской).

Тропосфера – это нижний слой атмосферы, тонкий по сравнению с её общей протяженностью. Верхняя граница тропосферы располагается на высотах от 7 до 18 км в зависимости от географической широты, времени года, свойств земной поверхности; средняя высота её в умеренных широтах принимается равной примерно 10-11 км. Наиболее характерной особенностью тропосферы является наблюдаемое в ней понижение температуры с высотой примерно на 6° на 1 км (в средних широтах). Тропосфера – область атмосферы, где происходит особенно резко выраженное перемешивание по

13

вертикали и теплообмен с земной поверхностью, свойства которой оказывают существенное влияние на все процессы, происходящие в тропосфере. В ней содержится почти весь водяной пар, происходит образование всех обычно наблюдаемых облаков и протекают основные процессы погоды. Все слои атмосферы, располагающиеся над тропосферой и объединявшиеся ранее под общим названием «стратосфера», в настоящее время в свою очередь разделяются на ряд сфер, наименование и средняя высота которых приведены в табл. 1.2.

Примечание. Высоты указаны для умеренных широт.

Переход от каждой из этих сфер к другой всегда происходит через некоторый промежуточный слой большей или меньшей протяженности, также обладающий рядом особенностей. Принято давать таким переходным слоям специальные названия, образованные заменой в названии нижнего слоя слова «сфера» словом «пауза». Так, например, наиболее изученный переходный слой от тропосферы к стратосфере получил название тропопаузы; аналогично говорят о стратопаузе, мезопаузе и термопаузе.

Стратосфера характеризуется тем, что в ней температура с высотой остается почти неизменной или повышается. Наиболее низкая её температура, как и температура тропопаузы, наблюдается в экваториальной области, где она составляет –70 , –80°С. В средних широтах она равна примерно –55-60°С.

С высоты около 35 км происходит значительный рост температуры, и к слою стратопаузы (50-55 км) температура повышается приблизительно до 0°С. Этот рост температуры

14

объясняется поглощением солнечной радиации в расположенном на этих высотах слое озона. Выше 55 км располагается мезосфера, характеризующаяся убыванием температуры, продолжающимся до мезопаузы (80-85 км), где температура опускается до –70°С. Затем имеет место переход от мезосферы к следующему слою, получившему название термосферы. Это слой самой большой мощности, и в нем происходит непрерывный рост температуры с высотой до верхней границы, располагающейся на высоте в несколько сотен километров. Над термосферой располагаются внешние слои атмосферы – экзосфера, температура в области которой с высотой не изменяется или, возможно, несколько растет и оценивается очень высокими значениями (больше 1000– 1500° К). Воздушная оболочка Земли простирается до высоты 2000-3000 км, где земная атмосфера соприкасается с межпланетным газом.

Термосфера и особенно экзосфера изучены значительно меньше, чем слои, расположенные ниже. Их отличительной особенностью является чрезвычайно малая плотность воздуха и высокая интенсивность космического излучения. Следствием этого является интенсивно протекающие реакции возбуждения, диссоциации, ионизации и обратные им процессы излучения, рекомбинации и т.д. Эти процессы вызывают развитие в указанных слоях таких явлений, как образование слоев большой проводимости, полярных сияний, свечения ночного неба и др.

Термосферу называют еще ионосферой, т.к. этот слой отличающийся высокой электрической проводимостью воздуха и наличием в нем большого числа ионов. Нижний край её располагается на высоте около 90-110 км, а верхний простирается до 450-500 км.

Ионосфера – самая плотная плазменная оболочка Земли, буквально как губка впитывающая в себя и солнечное излучение, и высыпания энергичных частиц из магнитосферы. После солнечных вспышек ионосфера, поглощая солнечное рентгеновское излучение, нагревается и раздувается, так что плотность плазмы и нейтрального газа на высоте нескольких сотен километров увеличивается, создавая значительное дополнительное аэродинамическое сопротивление движению спутников и пилотируемых кораблей. Пренебрежение этим