Естествознание

Последняя твердая оболочка нашей планеты – земная кора. Иногда ее объединяют с твердой частью верхней мантии и называют литосферой. По составу она тоже неоднородна, как по вертикали (сверху вниз), так и по горизонтали. Ее верхней границей является поверхность Земли со всеми формами своего рельефа. Нижняя граница, расположенная на разной глубине и как бы отражающая рельеф земной поверхности, названа по имени югославского геофизика А. Мохоровичича, обнаружившего эту границу, поверхностью Мохоровичича. Под горными областями ее глубина может доходить до 80 км, под равнинами она находится не глубже 30–50 км, под океанами ее глубина составляет всего 10–12 км. Земная кора и есть та скорлупа, которая отделяет все, что на ней находится – живой мир, людей и всю человеческую цивилизацию, от частично расплавленного, раскаленного, подвижного внутреннего мира Земли. Толщина этой скорлупки в среднем меньше 1/100 радиуса земного шара, в некоторых же местах еще меньше, почти 1/1000. Об этом стоит подумать.

Современные исследования показали, что земная кора разбита сложной сетью глубоких трещин, которые уходят на большую глубину. Обычно такие трещины – их называют рифтами – соответствуют границам материковых массивов и океанических впадин (например, кольцевая зона разломов вдоль побережья Тихого океана) или горным поясам – Гималайскому, Уральскому и т. д. Горные пояса при этом представляют собой нечто вроде швов, закрывающих старые разломы. Свежие разломы – это рифты вдоль осей срединно-океанических хребтов. На суше аналогом таких рифтов являются Восточно-Африканские разломы.

Рифты разделяют всю земную кору на отдельные блоки – литосферные плиты, или платформы. Считается установленным, что литосферные плиты могут скользить по подстилающим пластичным полурасплавленным породам верхней мантии. Этот ослабленный подстилающий слой называют астеносферой («астенос» в переводе с греческого означает слабый, ослабленный), он делает возможным горизонтальный дрейф блоков литосферы. Впервые гипотезу о дрейфе материков высказал немецкий ученый А. Вегенер в начале XX в. Он обратил внимание на совпадение береговых линий некоторых материков, они как будто совмещаются друг с другом. Стыковка получается более плотной, если брать не береговую линию, а очертание шельфа – материковой отмели. В 1970 г. американские ученые изучили совмещение некоторых материков с помощью ЭВМ. Результат говорит сам за себя: хорошо совместилось более 93 % границ шельфа, т. е. краевой части материков. Особенно хорошо состыковались Африка и Южная Америка, Антарктида и Африка.

Современная теория дрейфа литосферных плит – теория мобилизма – предполагает, что плиты с одного края наращиваются вдоль рифта. Это наращивание происходит за счет выдавливания вещества верхней мантии через рифты срединно-океанических хребтов. Каждая новая порция поступающего снизу вещества давит на породы, возникшие раньше, и отодвигает их в стороны от рифта. Это давление передается далее, и дно океана постепенно расширяется, раздвигая материки. С другого края плиты погружаются в верхнюю мантию под края соседних плит. Так, африканско-индийская плита, расположенная между срединными хребтами Атлантического и Индийского океанов, на западе постоянно наращивается, а на востоке погружается под индоокеанскую плиту. Общая картина расположения литосферных плит показана на рис. 16.

Оставшиеся оболочки Земли, о которых еще не шла речь, – это гидросфера и атмосфера. Гидросфера – жидкая водяная оболочка, а атмосфера – газовая оболочка Земли. Считается, что гидросфера и атмосфера образовались вместе с земной корой в результате высвобождения веществ верхней мантии. Основная часть воды гидросферы, примерно 97 %, занимает океанские впадины и окраины материков, образуя океаны и моря. Большая часть оставшейся воды (около 2 %) образует полярные шапки и горные ледники. Пресные воды континентов – реки, озера, грунтовые и подземные воды – содержат всего 1 %. Гидросфера играет очень важную роль в формировании современного облика земного шара. Воды океанов являются основной средой в тепловом балансе Земли. Медленно нагреваясь, они в теплом сезоне аккумулируют солнечное тепло и медленно отдают его в атмосферу, нагревая массы воздуха. Суша быстро нагревается и быстро теряет тепло. Поэтому только несколько процентов тепла в общий баланс дает суша, а большая часть поступает из океанов. Присутствие жидкой воды на поверхности Земли считается ключевым фактором образования и развития биосферы. Не было бы жидкой воды, не было бы и жизни на нашей планете.

Рис. 16. Карта, иллюстрирующая расположение основных тектонических плит

Атмосфера – самая легкая из всех оболочек Земли. Ее масса составляет всего одну стотысячную долю процента (0,00001 %) массы земного шара. Под действием силы тяжести верхние слои воздуха давят на нижележащие. Наибольшее значение атмосферное давление имеет у поверхности Земли – 105 Па. Такое же давление оказывает водяной столб высотой 10 м. Давление атмосферы уменьшается с высотой, с высотой же уменьшается и ее плотность. Около 50 % всей массы атмосферы сосредоточено в ее нижнем пятикилометровом слое, там, где мы сами обитаем. Первоначально атмосфера состояла из углекислого газа и азота с некоторым количеством водорода и паров воды. К нашему времени ее состав сильно изменился. Причина этого изменения кроется в появлении жизни на поверхности Земли и ее влиянии на атмосферу. За всю историю существования биосферы – около трех миллиардов лет – живые организмы постепенно приспособили состав атмосферы к своему жизненному циклу. Точнее, произошло взаимное приспособление биосферы и атмосферы: организмы менялись под воздействием внешней среды и сами меняли ее состав так, чтобы их существование могло продолжаться.

Газовую оболочку Земли, так же как и твердую, разделяют на несколько слоев, отличающихся по своим свойствам. Слои эти расположены на разной высоте от поверхности Земли, между ними нет четких границ, они постепенно переходят друг в друга, но примерные высоты и средние свойства слоев обычно приводят. На рис. 17 (см. вкладку) даны названия атмосферных слоев, показано их расположение и ход изменения температуры при увеличении расстояния от поверхности Земли.

Самый нижний слой вблизи земной поверхности, уровень которой отсчитывают от уровня моря, распространяется до высот от 12 до 17 км в зависимости от географической широты и атмосферных условий. Это тропосфера. Тропосфера вместе с гидросферой – это зоны жизни Земли. За пределами этих геосфер живая природа сама по себе существовать не может. Выше тропосферы расположена стратосфера, знаменитая тем, что внутри нее на высотах от 20 до 35 км имеется озоновый слой – природный экран, предохраняющий все живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. Верхняя граница стратосферы находится на высотах 50–60 км. Еще выше лежит срединный слой атмосферы – мезосфера («мезос» – значит средний в переводе с латинского языка). Здесь возникают самые высокие на Земле тонкие облака. При освещении Солнцем из-за горизонта эти облака блестят, поэтому их называют серебристыми облаками. Природа серебристых облаков изучена пока не полностью. Предполагается, что они состоят из мелкой пыли, занесенной потоками воздуха на большие высоты. Переходные между атмосферными слоями области носят название пауз –

тропопауза, стратопауза, мезопауза. Их толщины невелики, от нескольких сотен метров до нескольких километров.

Между высотами 80 и 800 км расположена термосфера. Она характеризуется тем, что излучение Солнца нагревает находящийся на этих высотах очень разреженный газ. Чем дальше от Земли, тем выше температура в термосфере, на высотах 500–600 км она превышает 1500 °C. В термосфере газы находятся по большей части в атомарном состоянии. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца нейтральные атомы теряют часть своих электронов. Такие атомы приобретают электрический заряд и называются ионами. Газы, содержащие ионы, т. е. частично заряженные газы, называются ионизированными. Поэтому термосферу, содержащую ионизированные газы, называют также ионосферой. Ионосфера влияет на распространение радиоволн. Ионизированные газы отражают радиоволны среднего и короткого диапазонов длин. Эти радиоволны вновь возвращаются на земную поверхность, но уже на значительном удалении от места радиопередачи. Таким образом, ионосфера позволяет осуществлять дальнюю радиосвязь без помощи ретрансляторов.