Das Thema sind die Eigenschaften und Strukturmerkmale der geografischen Hülle. Die wichtigsten qualitativen Merkmale der geografischen Hülle sind ihre Differenzierung in natürlich-territoriale Komplexe

Geografischer Umschlag- die Erdhülle, in der sich die unteren Schichten der Atmosphäre, die oberen Teile der Lithosphäre, die gesamte Hydrosphäre und die Biosphäre gegenseitig durchdringen und in enger Wechselwirkung stehen (Abb. 1).

Geografischer Umschlag Erde (Synonyme: natürlich-territoriale Komplexe, Geosysteme, geografische Landschaften, Epigeosphäre) – die Sphäre der gegenseitigen Durchdringung und Interaktion von Lithosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre. Hat eine komplexe räumliche Differenzierung. Die vertikale Dicke der geografischen Hülle beträgt mehrere zehn Kilometer. Die Integrität der geografischen Hülle wird durch den kontinuierlichen Energie- und Massenaustausch zwischen Land und Atmosphäre, dem Weltozean und Organismen bestimmt. Natürliche Prozesse in der geografischen Hülle werden aufgrund der Strahlungsenergie der Sonne und der inneren Energie der Erde durchgeführt. Innerhalb der geografischen Hülle entstand und entwickelt sich die Menschheit, indem sie Ressourcen für ihre Existenz aus der Hülle bezieht und sie beeinflusst.

Troposphäre, Erdkruste, Hydrosphäre, Biosphäre – das sind die Strukturbestandteile geografische Hülle, und die darin enthaltene Substanz ist ihre Komponenten.

Reis. 1. Schema der Struktur der geografischen Hülle

Die Idee der geografischen Hülle als „äußere Sphäre der Erde“ wurde bereits 1910 vom russischen Meteorologen und Geographen P. I. Brounov (1852-1927) eingeführt, und das moderne Konzept wurde vom berühmten Geographen und Akademiker der Erde entwickelt Akademie der Wissenschaften der UdSSR A. A. Grigoriev. Dies ist der komplexeste Teil unseres Planeten, in dem sich Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre berühren und durchdringen. Nur hier ist die gleichzeitige und stabile Existenz von Materie im festen, flüssigen und gasförmigen Zustand möglich. In dieser Hülle findet die Absorption, Umwandlung und Akkumulation der Strahlungsenergie der Sonne statt; Nur innerhalb seiner Grenzen wurde die Entstehung und Ausbreitung des Lebens möglich, was wiederum ein mächtiger Faktor für die weitere Transformation und Komplikation der Epigeosphäre war.

Die geografische Hülle zeichnet sich durch Integrität aus, die durch die Verbindungen zwischen ihren Komponenten bestimmt wird, und durch eine ungleichmäßige zeitliche und räumliche Entwicklung.

Die Ungleichmäßigkeit der Entwicklung im Laufe der Zeit drückt sich in den gerichteten rhythmischen (periodischen – täglichen, monatlichen, saisonalen, jährlichen usw.) und nicht-rhythmischen (episodischen) Veränderungen aus, die dieser Hülle innewohnen. Als Folge dieser Prozesse bilden sich das unterschiedliche Alter einzelner Teile der geografischen Hülle, die Vererbung des Ablaufs natürlicher Prozesse und die Erhaltung von Reliktmerkmalen in bestehenden Landschaften. Die Kenntnis der grundlegenden Entwicklungsmuster der geografischen Hülle ermöglicht in vielen Fällen die Vorhersage natürlicher Prozesse.

Die Lehre von den geographischen Systemen (Geosystemen) ist eine der wesentlichen grundlegenden Errungenschaften der Geographiewissenschaft. Es wird noch aktiv weiterentwickelt und diskutiert. Denn diese Lehre hat nicht nur eine tiefe theoretische Bedeutung als zentrale Grundlage für die gezielte Anhäufung und Systematisierung von Faktenmaterial zur Gewinnung neuer Erkenntnisse. Auch seine praktische Bedeutung ist groß, da genau dieser systematische Ansatz zur Betrachtung der Infrastruktur geografischer Objekte der geografischen Zonierung von Territorien zugrunde liegt, ohne den es weder lokal noch global möglich ist, damit verbundene Probleme zu identifizieren und zu lösen auf die eine oder andere Weise Interaktion Mensch, Gesellschaft und Natur: weder Umwelt, noch Umweltmanagement, noch allgemein die Optimierung der Beziehung zwischen Mensch und natürlicher Umwelt.

Bevor wir über die Struktur und Eigenschaften der geografischen Hülle sprechen, müssen wir verstehen, was die geografische Hülle ist. Der „Vater“ dieses Begriffs ist der berühmte Geograph A. A. Grigoriev, der ihn 1932 einführte. Wir leben darin, es ist unser Zuhause, und damit das Haus stark bleibt, müssen wir uns um es kümmern, seine Zusammensetzung gut kennen und die Eigenschaften der geografischen Hülle verstehen.

Die Struktur der geografischen Hülle

Die Entwicklungsgeschichte des Planeten Erde ist untrennbar mit der Bildung der geografischen Hülle verbunden. Wie Sie wissen, entstand das Leben auf der Erde nicht sofort. Dann bestand eine einzige geografische Hülle aus drei Komponenten: Lithosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre. Doch mit dem Aufkommen lebender Organismen änderte sich alles. Ihre „Geburt“ bestimmte die Entstehung einer neuen Schicht – der Biosphäre. So besteht der Globus heute aus folgenden Schalen:

• untere Schichten der Atmosphäre;
• obere Teile der Lithosphäre;
• die gesamte Hydrosphäre;
• die gesamte Biosphäre.

Alle oben genannten Shells existieren nicht isoliert. Sie stehen in engem Kontakt miteinander und interagieren. Das Ergebnis einer solch engen „Nachbarschaft“ war die Unmöglichkeit, ihre klaren Grenzen zu definieren.

Im Durchschnitt beträgt die Mächtigkeit der geografischen Hülle etwa 55 km. Im Vergleich zur Größe der Erde scheint es sich nur um einen dünnen Film zu handeln.

Reis. 1 Bestandteile der geografischen Hülle

Atmosphäre

Über die Grenzen der geografischen Hülle gibt es unter Wissenschaftlern immer noch Streit. Betrachten wir eine Theorie, die in ausländischen und inländischen Studien häufig zitiert wird.

Der erste ist der untere Teil der Atmosphäre. Seine Höhe erreicht 25-30 km. Es besteht aus der Troposphäre (8–16 km) und den unteren Schichten der Stratosphäre (11–30 km). Sie stellen einen allmählichen Temperaturabfall, das Vorhandensein von Staub vulkanischen Ursprungs, Wasserdampf und lebenden Organismen fest.

TOP 1 Artikeldie das mitlesen

In der Stratosphäre befindet sich die sogenannte Ozonschicht, die alle lebenden Organismen und ganze biologische Systeme vor den schädlichen ultravioletten Strahlen der Sonne schützt.

Reis. 2 Bestandteile der Atmosphäre

Lithosphäre

Die geografische Hülle umfasst die obere Schicht der Lithosphäre – den oberen Teil der Erdkruste. Warum nur das oberste?

Wir dürfen nicht vergessen, dass alle Schalen in ständiger Wechselwirkung stehen und der Einfluss der Atmosphäre und Hydrosphäre sich auf die Lithosphäre erstreckt, beginnend an der Oberfläche unseres Planeten und bis zu einer Tiefe von 4-5 km.

Hydrosphäre und Biosphäre

Hydrosphäre- das ist die Gesamtheit aller Wasserreserven unseres Planeten. Fast die gesamte Hydrosphäre gehört zur geografischen Hülle. Ausnahme – ein unbedeutender Teil, der sich in großen Tiefen befindet.

Die Biosphäre gilt zu Recht als der größte Teil der geografischen Hülle. Warum? Die Antwort auf diese Frage liegt in der wörtlichen Übersetzung dieses Begriffs aus der altgriechischen Sprache, wo „bios“ Leben und „schaira“ eine Kugel bedeutet. Mit anderen Worten: Wo Leben ist, wo die Aktivität lebender Organismen möglich ist, ist die Biosphäre. Das heißt, seine Grenzen stimmen mit den Grenzen der Lithosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre überein: Leben existiert bis zu 4–5 km unter der Erde, auf der Erdoberfläche, im Wasser, in großen Tiefen und in der Luft, beginnend von unten Schichten und endet in einer Höhe von 30 km.

Reis. 3 Grenzen der Biosphäre

Grundlegende Eigenschaften der geografischen Hülle

Das enge Zusammenspiel aller Komponenten der geografischen Hülle (GE) hat zur Möglichkeit der Entstehung besonderer Eigenschaften geführt, die nur ihr innewohnen:

• Nur in GO können Stoffe in festem, flüssigem und gasförmigem Zustand vorliegen. Diese Eigenschaft ist für den Ablauf aller Prozesse und insbesondere für die Entstehung von Leben sehr wichtig;
• Nur GO zeichnet sich durch den Ursprung des Lebens und dann durch die Entstehung des Menschen und der menschlichen Gesellschaft aus. Luft, Wasser, Sonnenenergie, Pflanzen, Tiere, Mineralien – alles Bedingungen für die menschliche Entwicklung.
• Nur in GO laufen alle bestehenden Prozesse zunächst dank Sonnenenergie und erst dann dank innerer irdischer Energiequellen ab.

Was haben wir gelernt?

Daher ist die geografische Hülle ein wichtiger Gegenstand des Studiums der Geowissenschaften. Darunter versteht man den engen Kontakt und die Wechselwirkung von Atmosphäre, Lithosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre. Nennen wir noch einmal die Haupteigenschaften der geografischen Hülle.

Dank dieses GO wurden verschiedene Arten von Energie, die Entstehung des Lebens auf unserem Planeten, die Entstehung des Menschen und die Entwicklung der menschlichen Gesellschaft möglich. Darüber hinaus kann derselbe Stoff nur in der geografischen Hülle in drei Zuständen existieren: fest, flüssig und gasförmig.

Dieser Artikel hilft Ihnen, den Stoff zu festigen, den Sie in der 7. Klasse in Geographie gelernt haben.

Test zum Thema

Auswertung des Berichts

Durchschnittliche Bewertung: 4.7. Insgesamt erhaltene Bewertungen: 142.

Der Compton-Effekt und der photoelektrische Effekt bestätigen die korpuskuläre Natur des Lichts. Licht verhält sich wie ein Strom von Teilchen – Photonen. Wie kann ein Teilchen dann Eigenschaften aufweisen, die klassischen Wellen innewohnen? Schließlich kann ein Teilchen entweder den einen oder den anderen Spalt passieren. Allerdings ist die Interferenz von Licht aus zwei Spalten bekannt (Youngs Experiment). Damit sind wir bei einem Paradoxon angelangt: Licht hat sowohl die Eigenschaften von Teilchen als auch die Eigenschaften von Wellen. Daher sagt man, dass Licht durch einen Welle-Teilchen-Dualismus gekennzeichnet ist.

Es ist falsch, die Quanten- und Welleneigenschaften des Lichts einander gegenüberzustellen. Die Eigenschaften der Kontinuität des elektromagnetischen Feldes einer Lichtwelle schließen die für Lichtquanten charakteristischen Eigenschaften der Diskretion – Photonen – nicht aus. Licht hat gleichzeitig die Eigenschaften kontinuierlicher elektromagnetischer Wellen und die Eigenschaften diskreter Photonen. Es stellt die dialektische Einheit dieser Eigenschaften dar. Mit abnehmender Wellenlänge werden die Quanteneigenschaften des Lichts immer deutlicher sichtbar (dies hängt beispielsweise mit der Existenz der roten Grenze des photoelektrischen Effekts zusammen). Die Welleneigenschaften kurzwelliger Strahlung sind sehr schwach (z. B. Beugung bei Röntgenstrahlung). In langwelliger Strahlung sind Quanteneigenschaften schwach ausgeprägt und die Welleneigenschaften spielen die Hauptrolle.

Der Zusammenhang zwischen den Teilchenwelleneigenschaften von Licht wird durch einen statistischen Ansatz zur Untersuchung der Lichtausbreitung erklärt. Licht ist ein Strom diskreter Teilchen – Photonen, in denen Energie, Impuls und Masse der Strahlung lokalisiert sind. Die Wechselwirkung von Photonen mit Materie beim Durchgang durch ein optisches System führt zur Umverteilung von Photonen im Raum und zum Auftreten eines Beugungsmusters. In diesem Fall ist das Quadrat der Amplitude einer Lichtwelle an einem beliebigen Punkt im Raum ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass Photonen diesen Punkt treffen.

Somit hängen die korpuskulären Eigenschaften des Lichts mit der Tatsache zusammen, dass Energie, Masse und Impuls der Strahlung in diskreten Photonen lokalisiert sind, und die Welleneigenschaften hängen mit den statistischen Mustern der Photonenverteilung im Raum zusammen.

VORTRAG 4. PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN DER GEOGRAPHISCHEN UMGEBUNG

Allgemeine Merkmale der geografischen Hülle.Geografischer Umschlag - Hierbei handelt es sich um ein materielles System, das auf der Erdoberfläche durch die Wechselwirkung und Durchdringung der mit Organismen gesättigten Lithosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre entstanden ist. Natürliche Körper der geografischen Hülle (Gesteine, Wasser, Luft, Vegetation, lebende Materie) haben unterschiedliche Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig) und unterschiedliche Organisationsebenen der Materie (nicht lebend, lebend und bioinert – das Ergebnis). der Wechselwirkung lebender und unbelebter Substanzen).

Die geografische Hülle wird von zwei grundsätzlich verschiedenen Arten von Materie gebildet: atomar-molekular„nicht lebende“ Materie und atomar-organisch„lebende“ Substanz. Erstere können nur an physikalisch-chemischen Prozessen teilnehmen, wodurch neue Stoffe entstehen können, jedoch aus denselben chemischen Elementen. Der zweite hat die Fähigkeit, seine eigene Art zu reproduzieren, jedoch mit unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlichem Aussehen. Die Wechselwirkungen der ersteren erfordern einen externen Energieaufwand, während die letzteren über eigene Energie verfügen und diese bei verschiedenen Wechselwirkungen freisetzen können. Beide Arten von Materie entstanden gleichzeitig und funktionieren seit Beginn der Sphärenbildung der Erde. Zwischen den Teilen der geografischen Hülle findet ein ständiger Austausch von Materie und Energie statt, der sich in Form der atmosphärischen und ozeanischen Zirkulation, der Bewegung von Oberflächen- und Grundwasser, Gletschern, der Bewegung von Organismen und lebender Materie usw. manifestiert. Dank der Bewegung von Materie und Energie, alle Teile der geografischen Hülle sind miteinander verbunden und bilden ein integrales System.

Die vielfältigen Zusammensetzungen und Zustände der Materie, Energieformen und das Zusammenspiel natürlicher Körper in der geografischen Hülle im Laufe der langen Evolution führten zu seiner komplexen räumlichen Differenzierung. Es entstanden heterogene Teile der geografischen Hülle – natürlich-territoriale und aquatische Komplexe oder Landschaften unterschiedlichen Ranges: von geografischen Ländern und Zonen bis hin zu Trakten und Fazies. Da es sich also um ein Ganzes handelt, besteht die geografische Hülle gleichzeitig aus relativ unabhängigen, aber immer miteinander verbundenen und voneinander abhängigen Teilen. Die geografische Hülle ist die Wiege des Lebens, die es in verschiedenen Formen und Erscheinungsformen von den ersten Stadien seiner Entstehung an begleitet. Lebende Organismen haben seit jeher Einfluss auf die Bildung der Bestandteile der geografischen Hülle. Im Laufe der Zeit, mit der Verbesserung der Lebensformen, ihrer Verbreitung und Häufigkeit, nahm die Rolle der lebenden Materie zu und veränderte und verbesserte zunehmend das Erscheinungsbild der geografischen Hülle.

Die meisten Forscher, die S. V. Kalesnik folgen, bezeichnen den miteinander verbundenen und voneinander abhängigen materiellen Körper, der den Planeten Erde überall umrahmt, als geografische Hülle. Es gibt noch andere Namen - äußere Hülle der Erde(P. I. Brounov), Epigeosphäre(A. G. Isachenko), Epigenem(R.I. Abolin), physiographische Hülle(A. A. Grigoriev), Biogenosphäre(I.M. Zabelin), Landschaftssphäre(Yu. K. Efremov, F. N. Milkov), aber sie waren nicht weit verbreitet.

Bestandteile der geografischen Hülle. Geografischer Umschlag oder globale Geosphäre, besteht aus einem untrennbaren Komplex partieller Geosphären, die überwiegend von einer Komponente eines bestimmten Zustands besetzt sind und in Gegenwart von Biota zusammenarbeiten. Lithosphäre, Atmosphäre Und Hydrosphäre bilden fast durchgehende Schalen. Biosphäre als Ansammlung lebender Organismen in einem bestimmten Lebensraum keinen eigenständigen Raum einnimmt, sondern die oben genannten Sphären vollständig (Hydrosphäre) oder teilweise (Atmosphäre und Lithosphäre) beherrscht. In den Geowissenschaften umfasst das Konzept der „geografischen Hülle“ alle lebenden Organismen (jede einzelne Sphäre hat ihre eigene Biota, die ihr untrennbarer Bestandteil ist), sodass eine unabhängige Identifizierung der Biosphäre kaum erforderlich ist. In der Biologie hingegen ist die Unterscheidung der Biosphäre legitim. Nehmen Sie eine bestimmte Position ein Kryosphäre(Kältesphäre) und Pedosphäre(Bodenbedeckung).

Die geografische Hülle ist durch die Identifizierung von Zonen-Provinz-Unterteilungen gekennzeichnet, die als bezeichnet werden Landschaften, oder Geosysteme. Diese Komplexe entstehen durch eine bestimmte Interaktion und Integration von Geokomponenten. Die einfachsten Geosysteme entstehen durch die Wechselwirkung von Materie auf einer inerten Organisationsebene. Beispielsweise Gletscher mitsamt ihrem Grund und angrenzenden Luftschichten, ein Flussbecken als System von Wasserströmen zusammen mit einem Teil der Erdoberfläche und dem Grundwasser usw. Komplexere Zusammenhänge bestehen in Geosystemen wie natürlichen Territorial- oder Landschaftskomplexen. Sie entsprechen Blöcken der geografischen Hülle, darunter ein Abschnitt der Erdkruste mit Boden, eine Biozönose und ein Teil der Troposphäre einer bestimmten Mächtigkeit. In den Ozeanen werden Unterwasserlandschaften und Wasserkomplexe unterschieden.

Die Substanz der geografischen Hülle. Jede der Geosphären hat unterschiedliche, einzigartige Eigenschaften und unterscheidet sich in strukturellen Merkmalen. Die gravitative Differenzierung der Erdsubstanz hat dazu geführt, dass sich ein erheblicher Teil der schwersten Elemente im Erdkern konzentriert, während in der Erdkruste Sauerstoff (ca. 50 %) und Silizium (26 %) dominieren. Die Verteilung der wichtigsten chemischen Elemente über die Geosphären ist in der Tabelle angegeben. 4.1.

Chemische Elemente in der geografischen Hülle sind in freier Staat(in der Luft), in Form von Ionen(in Wasser) und komplexe Verbindungen(lebende Organismen, Mineralien usw.).

Die häufigsten Substanzen in der geografischen Hülle sind Gesteine ​​und Mineralien, natürliche Gewässer, Eis, Luft, lebende Materie, Boden und Verwitterungskruste.

Grenzen der geografischen Hülle. Die meisten Wissenschaftler glauben das Höchstgrenze Die geografische Hülle entspricht dem Niveau der höchsten Konzentration der Ozonschicht in einer Höhe von 25 bis 28 km. Andere Forscher, die die geografische Hülle mit der Landschaftshülle identifizieren, zeichnen ihre äußere Grenze entlang der oberen Grenze der Troposphäre und berücksichtigen dabei, dass die Troposphäre aktiv mit der Erdoberfläche interagiert.

Tabelle 4.1. Zustand und Zusammensetzung der Erdhüllen (nach V.A. Vronsky und G.V. Voitkevich)

Hülse	Chemische Zusammensetzung	Körperlicher Status
Atmosphäre	N 2, O 2, CO 2, (H 2 O), Inertgase	Gas
Hydrosphäre	Salz- und Süßwasser, Schnee und Eis (gelöstes Na, Mg, Ca, Cl, SO 4, HCO 3)	Flüssig, teilweise fest
Lebende Materie	Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Nukleinsäuren, Skelettmaterial (H 2 O, N, H, C, O)	Fest, flüssig teilweise kolloidal
Lithosphäre	Magmatische, sedimentäre und metamorphe Gesteine ​​(O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K)	Fest, teilweise geschmolzen
Mantel	Mineralien der Olivin-Pyroxen-Zusammensetzung und ihre Hochdruckäquivalente (O, Si, Mg, Fe)	Solide
Kern	Eisen-Nickel-Legierung (Fe, FeS, Ni)	Der obere Teil ist flüssig, der untere Teil ist vermutlich fest

Untere Grenze oft nach dem Mohorovicic-Abschnitt durchgeführt, d.h. entlang der Basis der Erdkruste. Einige Forscher glauben, dass die geografische Hülle nur den Teil der Erdkruste umfassen sollte, der direkt mit anderen Komponenten – Wasser, Luft, lebenden Organismen – interagiert. Die Zone der aktiven Umwandlung mineralischer Materie in der thermodynamischen Umgebung der Erdoberfläche hat an Land eine Dicke von bis zu mehreren hundert Metern und unter dem Ozean mehrere zehn Meter. Der Grund für das Fehlen einer gemeinsamen Sichtweise liegt darin, dass es in der geografischen Hülle keine Kräfte gibt, die klar definierte Grenzen bilden, wie beispielsweise die Kanten von Kristallen.

Es wird angenommen, dass optimale Grenzen Die geografische Hülle ist die obere Grenze der Ozonschicht und die Basis der Erdkruste, innerhalb derer sich der Hauptteil der Atmosphäre, die gesamte Hydrosphäre und die obere Schicht der Lithosphäre mit darin lebenden oder lebenden Organismen und Spuren des Menschen befinden Aktivität.

Die Geographie basiert auf allgemeinen physikalischen Gesetzen, die in der umgebenden Welt gelten. Darunter sind die Gesetze der universellen Gravitation von I. Newton, die Erhaltung von Masse und Energie, Stefan-Boltzmann, Archimedes, Hooke, Ohm usw.

Das Grundkonzept ist "System"- eine Reihe von Elementen, die in einer bestimmten Beziehung stehen. Alles, womit dieses System interagiert, wird aufgerufen Umfeld. Geografische Systeme interagieren territorial und funktional miteinander. Jedes System besteht aus einer endlichen Anzahl von Elementen. Mit einem gewissen Maß an Konvention können die Systeme der geografischen Hülle (Geosystem) und ihrer äußeren Umgebung in mechanische, thermodynamische, bioinerte, biologische, ethnische und soziale Systeme unterteilt werden.

Mechanische Systeme gekennzeichnet durch die Kraftwechselwirkung der Körper, die sie bilden und Masse haben. Dazu gehören kosmische Körper, Luft- und Meeresströmungen usw. Ein mechanisches System wird als ein System des Kräftegleichgewichts betrachtet. In seiner Abwesenheit ändert das System seine Richtung und bricht bald zusammen.

Thermodynamische Systeme verbunden mit der Bewegung von Materie aufgrund der Umwandlung oder Übertragung von Energie. Im Gegensatz zu isolierten Systemen, die in der klassischen Thermodynamik untersucht werden, sind Geosysteme offen, d. h. sie tauschen Materie und Energie mit der äußeren Umgebung aus. Dies ist ein äußerst wichtiger Umstand, da offene Systeme in der Lage sind, umgewandelte Energie zu speichern und ihre Struktur zu erhalten und zu verbessern. Die Menge solcher Eigenschaften wird Selbstorganisation genannt. Dank der Selbstorganisation wird die Welt der geografischen Systeme mit der Zeit komplexer, verbessert sich (kann äußeren Einflüssen besser standhalten) oder entwickelt sich richtungsorientiert.

Abbildung 4.1. Systemzustand: a – stabil; B- metastabil; V- instabil

Thermodynamische Systeme sind verschiedene Wärmekreisläufe eines Stoffes, wenn mit ihnen Übergänge oder Energieflüsse verbunden sind. Zum Beispiel der Wasserkreislauf in der Natur. Bei der Untersuchung thermodynamischer Systeme wird häufig die Methode der Bilanzen (Strahlungs- und Wärmebilanz) verwendet. In manchen Fällen können wir uns darauf beschränken, ein thermodynamisches System als isoliert zu betrachten, d. h. vernachlässigen den Energieaustausch des Systems mit der Umwelt (adiabatischer Prozess in der Atmosphäre).

Bioinert sind Systeme, in denen lebende und unbelebte Materie untrennbar miteinander verbunden sind und interagieren. Ein Beispiel für ein bioinertes System ist der Boden, der eine Einheit aus mineralischer Materie (Gestein, Wasser, Luft), lebenden Organismen und toter bioorganischer Materie (Humus usw.) darstellt. Wird einer dieser Bestandteile aus dem Boden entfernt, verliert er seine charakteristischen Eigenschaften (vor allem Fruchtbarkeit), d. h. wird ein anderes System werden.

Das System hat Kommunikation, die unterteilt sind in gerade(Ursache und Wirkung, Materie-Energie) und umkehren(Information und Regulierung). Ein System mit Rückmeldung wird als selbstregulierend bezeichnet. Feedback kann negativ oder positiv sein. Negativ Kommunikation reduziert die Intensität des Prozesses im System und erhöht gleichzeitig seinen „Output“. Es ist charakteristisch für normal funktionierende Systeme und zielt darauf ab, deren dynamisches Gleichgewicht, Stabilität und Unveränderlichkeit aufrechtzuerhalten. Positiv Die Verbindung verstärkt den Prozess mit zunehmender „Leistung“ des Systems, führt also zu einem lawinenartigen Wachstum des Prozesses, wodurch das System in einen neuen Zustand übergeht oder zerstört wird. Meistens wird ein solcher Veränderungsverlauf durch äußere Gründe hervorgerufen, aber der Mechanismus der Selbstentwicklung liegt in der Natur des Systems.

Der Zustand des Systems wird durch Parameter beschrieben, darunter intensiv und extensiv. Intensiv Parameter (Temperatur, absolute und relative Luftfeuchtigkeit, Bioproduktivität) hängen nicht von der Größe des Systems ab, umfangreich(Wärmereserven, Feuchtigkeitsgehalt in der Luftmasse, Reserven an organischer Substanz usw.) werden durch die Größe des Systems bestimmt (es gibt sowohl in der Arktis als auch am Äquator eine Temperatur, in der Arktis ist sie jedoch niedriger und höher). Äquator). Folglich ändern sich erstere nicht, wenn das System in Teile geteilt wird, letztere nehmen jedoch ab.

Wenn die intensiven Parameter des Systems homogen sind, d.h. sich in seinen Teilen nicht unterscheiden, dann befindet sich ein solches System gemäß diesen Parametern in einem stabilen Gleichgewichtszustand. Nachhaltig Gleichgewicht genannt, das spontan wiederhergestellt wird, wenn das System daraus entfernt wird. Ein System im stationären Zustand kann mit einer Kugel in einem Loch verglichen werden (Abb. 4.1, A). Metaresistent bezeichnet einen Zustand, der eine der stabilen Optionen ist (Abb. 4.1, B): Der Ball könnte jede der drei Rutschen nehmen ( 1 , 2, 3), aber von diesen ist nur die Position absolut stabil 2. Nicht nachhaltig bezeichnet einen Zustand, in dem ein kleiner Einflussimpuls das System aus dem Gleichgewicht bringt, in das es nicht zurückkehren kann (Abb. 4.1, V). Instabilität ist charakteristisch für sich entwickelnde Systeme. Es erhöht die Vielfalt der Natur (es entstehen neue Systeme), kann aber auch negative Auswirkungen auf die Umwelt haben. Systeme in einem instabilen Zustand sind anfällig dafür Schwankungen- chaotische Parameterschwankungen, deren Auswirkung unvorhersehbar ist.

In den meisten Fällen handelt es sich um geografische Hüllkurvensysteme offen. Offene Systeme streben nicht nach einem Minimum an potenzieller Energie und einem Maximum an Entropie (einem Maß für die Energiedissipation). Geografische Systeme können sich verbessern, indem sie die Entropie aufgrund der äußeren Umgebung reduzieren (oder konzentrieren). Dieser Prozess kann als die Entstehung von Ordnung aus Chaos dargestellt werden. Es wird evolutionär in der geografischen Hülle beobachtet.

In der geographischen Hülle gibt es Systeme, die zwei oder mehr stabile Zustände haben, sogenannte auslösen(Umschalten). Zum Beispiel der glaziale und eisfreie Zustand der Erdoberfläche, die Funktionsweise eines Geysirs (Rest – Emission). Für die Abschätzung möglicher Umweltfolgen ist das Konzept der Auslösung wichtig: Es ist energetisch einfacher, ein Phänomen in einem bestimmten Zustand zu halten, als es in seinen vorherigen Zustand zurückzuführen, wenn ein Übergangsprozess begonnen hat.

Mechanische Wechselwirkungen in planetarischen physikalisch-geographischen Prozessen, die eine materielle Grundlage haben, unterliegen dem Gesetz der universellen Gravitation, nach dem zwei beliebige materielle Teilchen eine Masse haben M 1 Und M 2 werden mit Gewalt zueinander hingezogen R, proportional zum Produkt der Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung R zwischen ihnen:

Wo G- Proportionalitätskoeffizient (Gravitationskonstante) gleich 6,6725×10 -11 N×m 2 /kg 2. Nach diesem Gesetz hängt die Schwerkraft nur von der Position der Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt ab, d. h. Die Gravitationswechselwirkung breitet sich sofort aus. Daher der Ausdruck für die Schwerkraft:

Wo G- Beschleunigung eines frei fallenden Punktes gleich 9,7805 x T- Masse eines materiellen Punktes; φ - geografische Breite; H- die Höhe des Punktes über dem Meeresspiegel.

In der Welt der Makrokörper, bei denen es sich um Himmelskörper handelt, spielt das Gesetz der universellen Gravitation eine grundlegende Rolle und bestimmt deren Wechselwirkung und Entwicklung. Auf der Erde sind die Erscheinungsformen dieses Gesetzes:

Schwerefeld der Erde (Schwerefeld);

Gravitationsdifferenzierung terrestrischer Materie, die zur Bildung von Geosphären, isostatischem Gleichgewicht der Lithosphäre, thermischer Konvektion im Kern und Mantel, Ozean und Atmosphäre führt;

Bewegungen der Erdmassen und ihre Bewegungen innerhalb des Planeten und auf seiner Oberfläche;

Gezeitenbildung.

Das Gravitationsfeld der Erde stellt das Schwerkraftfeld dar – die resultierende Schwerkraft und die Zentrifugalkraft der Erdrotation (Abb. 4.2). Da die Schwerkraft vom Erdradius abhängt, ist dieser an den Polen am kleinsten und an den Polen am größten. Die Zentrifugalkraft, die (bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit) vom Radius der Umlaufbahn abhängt, ist am Äquator am größten. Die Resultierende dieser Kräfte nimmt vom Äquator zu den Polen jeweils von 978 auf 983 Gallonen zu. Die Schwerkraft nimmt von der Erdoberfläche nach oben ab und nimmt etwas tiefer in die Erde hinein innerhalb der Lithosphäre zu.

Das Gravitationsfeld ist potentiell. Punkte mit demselben Gravitationspotential bilden Isopotentialflächen (oder Äquipotentialflächen). Auf jeder dieser Oberflächen ist eine spontane Massenbewegung unmöglich, da die horizontale Komponente der Schwerkraft Null ist. Die wichtigste Isopotentialoberfläche der Erde ist die Geoidoberfläche. Es bilden sich Abschnitte von Isopotential-Reliefflächen horizontal(Isohypsen des Landes oder Isobathen des Meeresbodens).

Reis. 4.2. Schwere (R o) - Resultierende der Gravitationskräfte (P N) und zentrifugal (P δ)

Die Bewegungen von Körpern mit Masse erfolgen im Schwerkraftfeld entsprechend der Richtung des Gradienten dieses Feldes, d.h. normal zu Isopotentialflächen. Bei Vorhandensein von Hindernissen (z. B. Gelände) erfolgt die Bewegung so, dass die potentielle Energie abnimmt. Beispielsweise entspricht nach dem Gesetz der kommunizierenden Gefäße der Wasserstand in angeschlossenen Tanks einer potentiellen Oberfläche.

Die Werte des Schwerefeldes der Erde werden angezeigt Isogonen(Linien gleicher Schwerkraftwerte).

Gravitationsdifferenzierung. Nach bestehenden Vorstellungen war die Schwerkraft eine der Hauptkräfte bei der Entstehung der Erde aus einer protoplanetaren Wolke. Nach verschiedenen Hypothesen entstand die Erde als heterogener Körper (der Erdkern bildete sich früher, der Erdmantel später) oder als homogene Masse. Im letzteren Fall wird angenommen, dass es aus geophysikalischer Sicht die Hauptsache in der Geschichte des Planeten ist Prozess der gravitativen Differenzierung von Materie - Schichtung entsprechend der Dichte der Materie in einem Schwerefeld. Als Ergebnis einer solchen Schichtung entstanden Geosphären, die jeweils aus Materie eines Aggregatzustands und ähnlicher Dichte bestanden. Berechnungen zeigen, dass die bei der gravitativen Trennung der Erde in Kern und Mantel freigesetzte Wärmemenge ausreichen würde, um die zunächst feste Substanz unseres Planeten zum Schmelzen zu bringen.

Viele Prozesse sind mit der Differenzierung durch Gravitation verbunden, einschließlich vertikaler tektonischer Bewegungen von Lithosphärenblöcken. In der Atmosphäre führt die Gravitationsdifferenzierung aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und Luftfeuchtigkeit zu einer Instabilität der Luftsäule. In der Troposphäre wird die Luft durch die Erdoberfläche erwärmt und erfährt einen Aufwärtsimpuls („schwebt“). Gravitationsinstabilität der Atmosphäre kommt häufig vor, daher gilt in der Meteorologie ein Temperaturabfall von der Erdoberfläche aufwärts als normal, während ein Temperaturanstieg als normal gilt Umkehrung. In der Hydrosphäre hängt die gravitative Differenzierung sowohl von der Temperatur als auch vom Salzgehalt der Wassermassen ab, was auch dazu führt, dass sie sich entsprechend der Dichte bewegen und anordnen (der Prozess des steigenden Wassers wird als „aufsteigendes Wasser“ bezeichnet). Aufschwung, Absenken - Abstieg).

Isostasie. Die Prozesse der Dichtedifferenzierung äußern sich auch in Form eines isostatischen Gleichgewichts der Lithosphäre. Dies lässt sich gut an Modellen des isostatischen Gleichgewichts von auf der Wasseroberfläche schwimmenden Körpern veranschaulichen (Abb. 4.3). In Abb. 4.3, B Würfel unterschiedlicher Dichte werden mit gleicher Größe dargestellt, wodurch sie proportional zum Verhältnis der Eigendichte des Wassers in Wasser eingetaucht werden. In Abb. 4.3, A Es werden Würfel gleicher Dichte, aber unterschiedlicher Größe angezeigt, sodass jeder Würfel um einen Betrag in Wasser eingetaucht wird, der dem Massenverhältnis (wie im vorherigen Fall) multipliziert mit dem Querschnitt des Würfels entspricht. Die Pfeile zeigen Paare aus Schwerkraft und archimedischen Kräften. Jeder Würfel befindet sich in einem Zustand isostatisches Gleichgewicht entsprechend der Dichte der Substanz und der Dicke (Kraft) des Körpers.

Normalerweise wird das Konzept des isostatischen Gleichgewichts in Bezug auf die Lithosphäre verwendet, aber der Effekt manifestiert sich in jeder Umgebung. Aus dem Prinzipdiagramm (Abb. 4.4) des isostatischen Gleichgewichts von Lithosphärenblöcken geht also klar hervor, dass die kontinentale Kruste zusammen mit einem Teil des oberen Erdmantels aufschwimmt, da sie aus einer Substanz besteht, die weniger dicht ist als die ozeanische hat eine größere Dicke. Aus den gleichen Gründen sinkt die ozeanische Kruste im Verhältnis zur kontinentalen Kruste ab, da ihre Dichte höher und ihre Dicke geringer ist. Dank der Isostasie bleibt ein regelmäßiger Zusammenhang zwischen Landhöhen und Meerestiefen erhalten, der sich in der hypsographischen Kurve widerspiegelt.

Reis. 4.3. Modelle der Isostasie (nach F. Stacy): A- Ausbalancieren der Blöcke auf dem Substrat entsprechend der Dicke der Lithosphäre; B - Ausgleichsblöcke auf dem Substrat entsprechend der Dichte des Stoffes (Angaben erfolgen in Einheiten der konventionellen Dichte)

Reis. 4.4. Isostatisches Gleichgewicht der Lithosphäre

Der isostatische Ausgleich der Lithosphäre ist eine wichtige systembildende Eigenschaft der geografischen Hülle. Es bestimmt die Konfiguration von Kontinenten und Ozeanen, die Verteilung von Höhen und Tiefen und durch sie den Fluss und die Umverteilung von Wärme, die Zirkulation von Wasser- und Luftmassen und andere Muster der räumlichen Differenzierung der geografischen Hülle.

Bewegungen der Erdmassen. Die Wechselwirkungen von Gravitations- und anderen Kräften im Inneren des Planeten und der Einfluss der kosmischen Umgebung führen zur Bewegung der Erdmassen und versuchen, die stabilste Position im Weltraum einzunehmen. Der direkte Ausdruck dieser Verschiebungen ist vulkanische Prozesse- Emissionen in die geografische Hülle tiefer Materiemassen, seismische Phänomene - starke Verschiebungen innerer Erdmassen, meist begleitet von Erschütterungen und Brüchen in der Kontinuität der Erdkruste, tektonische Bewegungen - Bewegungen der Erdmassen innerhalb des Planeten oder manifestiert sich auf der Erdoberfläche (neotektonisch). Sie alle beeinflussen aktiv das Funktionieren der geografischen Hülle. Der Hauptgrund für ihre Manifestation ist die Notwendigkeit, die Ergebnisse der Wechselwirkungen im Inneren der Erde und auf ihrer Oberfläche auszugleichen. Bewegungen der Erdmassen sind ein wichtiges Merkmal des Planeten, da sie die Aktivität seines Inneren und die Fähigkeit zur Entwicklung und Verbesserung anzeigen.

Gezeiten. Die Gezeiten der Ozeane hängen hauptsächlich vom Zusammenspiel von Erde, Mond und Sonne ab. Die Hauptrolle spielt dabei der nahe Mond, dessen Schwerkraft 2,17-mal größer ist als die der Sonne. Der gesamte Gezeitenzyklus entspricht in seiner Dauer dem Mondtag (24 Stunden 51 Minuten), der nicht mit den Sonnentagen zusammenfällt, wodurch Gezeitenungleichheiten entstehen. In Wirklichkeit werden jedoch tägliche, halbtägige und gemischte Gezeiten beobachtet.

Der Mond umkreist die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn mit einem durchschnittlichen Radius von 384.000 km. Das Erde-Mond-System hat einen gemeinsamen Massenschwerpunkt, der im Erdkörper in einem Abstand von 2/3 von seinem Mittelpunkt liegt, da sich die Massen der interagierenden Kräfte stark unterscheiden (die der Erde ist 81-mal größer als die des Mondes). Beide Himmelskörper bewegen sich so, dass jeder Punkt eines von ihnen die gleiche Umlaufbahn beschreibt. An jedem dieser Punkte entsteht die gleiche Zentrifugalkraft, unabhängig von der Breite des Ortes.

Zusätzlich zur Zentrifugalkraft wirkt auf jeden Punkt der Erde eine auf den Mond gerichtete Gravitationskraft, die vom Abstand zur Störmasse abhängt (Abb. 4.5). Wenn der Abstand vom Massenmittelpunkt des Mondes zum Massenmittelpunkt der Erde 60 Erdradien beträgt (R), dann zum Punkt Z, der dem Mond am nächsten liegt (Zenit) es beträgt nur 59 R, und bis zum entferntesten Punkt N (Nadir) - 61R. Nach dem Gesetz der universellen Gravitation ist die Größe der Gravitationskraft umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Massenschwerpunkten. Folglich ist die Gravitationskraft am Punkt Z größer als am Punkt O 3 und am Punkt N geringer als an jedem anderen Punkt des Erdkörpers. Im Massenschwerpunkt der Erde herrscht also Gleichheit der Gravitations- und Zentrifugalkräfte, an den Punkten Z und N jedoch keine Gleichheit: Am Punkt Z ist die Gravitationskraft größer als die Zentrifugalkraft und am Punkt N die Zentrifugalkraft ist besser. Dies führt zur Bildung von Gezeitendeformationen – Ausbuchtungen oder stehenden Wellen.

Berechnungen zeigen, dass im Massenschwerpunkt der Erde der absolute Wert der Gravitationskraft aufgrund des Einflusses des Mondes 3,38 mg pro 1 kg Masse beträgt, am Punkt Z beträgt die Gravitationskraft bereits 3,49 mg/kg und bei Punkt N – nur 3,27 mg/kg. Summiert man diese Werte an jedem Punkt der Erdoberfläche mit den Vektorwerten der Zentrifugalkraft, erhält man die Resultierende, die am Punkt Z zum Mond und am Punkt N vom Mond weg gerichtet ist. Diese Kraft heißt Gezeiten Sein Wert beträgt in beiden Fällen 0,11 mg/kg Masse, hat jedoch umgekehrtes Vorzeichen. An anderen Punkten, die nicht auf der Achse des Systems Erde-Mond liegen, sind die Kräfte falsch ausgerichtet und bilden Parallelogramme, bei denen die Resultierende entlang der Diagonalen des Parallelogramms gerichtet ist.

Reis. 4.5. Entstehung von Gezeitenkräften unter dem Einfluss des Mondes an verschiedenen Punkten der Erdoberfläche

Abbildung 4.6. Gezeiten, die während der Wechselwirkung der Erde mit dem Mond (L) und der Sonne (S) entstehen: A - Frühling; B - Quadratur

Aufgrund der Erdrotation bilden sich in jedem nächsten Moment Gezeitengipfel an neuen Orten auf der Erdoberfläche. Daher werden Gezeitengipfel in der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden oberen oder unteren Höhepunkten des Mondes um den Globus wandern und Während dieser Zeit kommt es an jedem Ort zu zwei Fluten und zwei Ebbe.

Eine ähnliche Wechselwirkung findet zwischen der Erde und der Sonne (sowie anderen Himmelskörpern) statt, sie ist jedoch unbedeutend. Die Masse der Sonne ist im Vergleich zur Masse des Mondes unvergleichlich groß und auch der Abstand von der Erde zur Sonne ist viel größer als zum Mond, daher ist die Stärke der Sonnenflut etwa 2,2-mal geringer als die der Mondflut. Da sich die relativen Positionen von Erde, Mond und Sonne ständig ändern, ändern sich auch die Stärken der Sonnen- und Mondgezeiten. Sonnengezeiten verändern die Stärke der Mondgezeiten. Wenn Gezeitenwellen lunaren und solaren Ursprungs zusammengefasst werden und sich die drei Leuchten in einer geraden Linie befinden, spricht man von Gezeiten Frühling, wenn man sie subtrahiert und Sonne und Mond einen rechten Winkel zur Erde bilden – Quadratur(Abb. 4.6). Die Höhe der Springflut im Ozean ist etwa 1,5-mal höher als die der Mondflut, die der Quadraturflut ist halb so hoch.

Gezeiten wirken sich auf alle Schichten der Erde aus, unabhängig von der Umgebung oder dem Zustand der Materie. Die Gezeitenkraft ist an Land und auf See gleich. Die Fähigkeit, dieser Kraft zu widerstehen (Viskosität, Elastizität) und die Verformung verschiedener Medien sind jedoch nicht gleich. Nicht nur der Ozean, sondern auch die Oberfläche der Lithosphäre sowie der Untergrund erfahren periodische Verformungen durch den Durchgang von Flutwellen. An Land gibt es keinen Bezugspunkt, nämlich die Küstenlinie im Ozean, sodass die Gezeiten der Lithosphäre unsichtbar sind.

Gezeitenbewegungen haben wichtige geografische Konsequenzen für die Erde. Im durch die Gezeiten deformierten Erdkörper (in allen Medien – fest, flüssig, gasförmig) kommt es zu innerer Reibung, die zur Umwandlung der Energie der täglichen Erdrotation in mechanische Energie und dann zur Dissipation der Energie führt Energie der täglichen Erdrotation. Aus diesem Grund verlangsamt sich die tägliche Erdrotation um 1/40.000 s pro Jahr, d. h. der Tag verlängert sich in 40.000 Jahren um 1 s, was auf geologischen Zeitskalen sehr deutlich zu erkennen ist. Die Verlangsamung der täglichen Rotation der Erde verringert die Corioliskraft, beeinflusst die Form des Rotationsellipsoids (je langsamer die axiale Rotation, desto weniger polar ist die Erde abgeflacht und desto näher kommt ihr Modell der Form einer Kugel) und die Position des Geoids. Berechnungen zufolge sollte eine Verlangsamung der Achsenrotation, die zu einer Verlängerung des Tages um 0,5 Stunden führt, ausreichend Energie für die Bildung des alpinen Gebirgssystems freisetzen.

Gezeitenphänomene (Meeresspiegelschwankungen und Gezeitenströmungen) infolge der Ausbreitung von Flutwellen (das Auge des Beobachters registriert die Gesamtflut, in Wirklichkeit besteht sie aus etwa 40 Harmonischen) führen zu periodischen Überschwemmungen und Austrocknungen der Küstenzone an der Grenze des Kontinents und des Ozeans. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Bildung spezifischer natürlicher Umgebungen (Unterwasserlandschaften) an relativ ausgedehnten Tiefküsten von Kontinenten. Beim Erreichen von flachem Wasser kann die Flut das Wasserhaushalt in den Mündungen von Flüssen, die ins Meer oder in den Ozean münden, erheblich stören und sie sogar flussaufwärts drehen. Dieses Phänomen nennt man Gezeitenbor. Die natürlichen Bedingungen in vielen Gebieten der Weltmeere werden weitgehend durch die Gezeitenschwankungen der Pegel und Strömungen bestimmt, die das hydrologische Regime (insbesondere Meerengen), die Wasserstruktur, die Intensität und die Art des Wassertransports erheblich beeinflussen.

Die Intensität von Gezeitenprozessen hängt eng mit bestimmten astronomischen Bedingungen zusammen, hauptsächlich mit Veränderungen in den Phasen und Deklinationen des Mondes. Allerdings folgt die Flutwelle nicht streng astronomischen Faktoren. Die Geschwindigkeit seiner Bewegung hängt von vielen geografischen Faktoren ab – der Tiefe des Meeres (je tiefer es ist, desto geringer ist der Reibungswiderstand des Wassers am Boden), der Konfiguration des Land- und Meeresbeckens usw. Im offenen Ozean Die Höhe der Flut ist gering, aber wenn sie sich dem Ufer nähert, nimmt die Flutwelle zu.

Die Gezeitenkraft ist ein Beispiel für die Bildung komplexer Ursache-Wirkungs-Beziehungen in der geografischen Hülle und die Selbstverstärkung geringfügiger Anfangsänderungen. Die Fähigkeit eines Systems, den äußeren Einfluss spontan zu verstärken, ist charakteristisch für Nichtgleichgewichtssysteme, die die geografische Hülle umfassen, und wird als bezeichnet Synergie.

Mechanische Bewegungen im Zusammenhang mit der Erdrotation. Die Grundlage dieser Bewegungen ist eine der Trägheitskräfte – Corioliskraft, verursacht durch die Rotation der Erde um ihre Achse. Es ist gleich dem Produkt der Masse des Punktes T auf seiner Rotationsbeschleunigung a k und ist dieser Beschleunigung entgegengesetzt gerichtet:

Wo FK- Corioliskraft; T - Masse eines bewegten Körpers; v rel - relative Geschwindigkeit der Punktbewegung; ω ist die Winkelgeschwindigkeit der Erdrotation; φ - geografische Breite.

Auf der Erde äußert sich die Corioliskraft darin, dass frei fallende Körper vertikal nach Osten abgelenkt werden und Körper, die sich entlang der Erdoberfläche bewegen, auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel von ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden Nach links. Aufgrund der langsamen Rotation der Erde sind solche Abweichungen sehr gering und machen sich entweder bei sehr hohen Bewegungsgeschwindigkeiten oder bei sehr langer Dauer der Bewegung (z. B. Untergrabung der entsprechenden Flussufer – rechts) bemerkbar (Die Ufer der Flüsse auf der Nordhalbkugel sind steil, die linken Ufer sind flach und auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt.)

Die Wirkung der Corioliskraft erstreckt sich auf viele Phänomene in der geografischen Hülle. In der Atmosphäre nehmen die Winde der gemäßigten Breiten beider Hemisphären unter dem Einfluss der Ablenkkraft der Erdrotation eine überwiegend westliche Richtung und in tropischen Breiten eine östliche Richtung ein. Im Ozean bewirkt die Corioliskraft, dass sich Wasserteilchen in einer Schleife bewegen, überwiegend senkrecht zum Anfangsimpuls (Neigung des Wasserspiegels). Allerdings folgen Meeresströmungen nicht der Richtung der Winde, die sie beschleunigen. Unter dem Einfluss der Corioliskraft verschieben sie sich von der Richtung der vorherrschenden Winde in einem Winkel von 30° je nach Hemisphäre nach rechts oder links, wie F. Nansen bei der Eisdrift auf dem Schiff Fram zeigte.

Nach der Drifttheorie von V. U. Ekman ändert sich im Ozean die Richtung der Wasserbewegung mit der Tiefe spiralförmig: Je tiefer, desto mehr weicht die Strömung in Bezug auf die Richtung nach rechts (in der nördlichen Hemisphäre) ab des Windes, der es verursacht hat (Abb. 4.7). In Wirklichkeit wird die Strömung mit der Tiefe jedoch durch die Corioliskraft aus der Richtung des Windes, der sie verursacht hat, um 45° in die für jede Hemisphäre geeignete Richtung abgelenkt und dreht sich sogar in die dem Wind entgegengesetzte Richtung. Durch diese Wasserübertragung kommt es durch die Passatwinde zu einer Strömungsverschiebung nördlich und südlich des Äquators. Um den Abfluss auszugleichen, steigt hier kaltes Tiefenwasser auf. Deshalb ist die Oberflächenwassertemperatur am Äquator 2-3°C niedriger als in den Tropen.

Reis. 4.7. Perspektivische Darstellung der Driftströmung in verschiedenen Tiefen der Nordhalbkugel (Ekman-Spirale)

Ein Magnetfeld. Das Vorhandensein des Erdmagnetfeldes wurde von jedem beobachtet, der einen Kompass in die Hand nahm und sah, wie ein Ende des Pfeils nach Norden und das andere nach Süden zeigte.

Es gibt zwei Arten des Erdmagnetfelds: konstant (Hauptfeld) und variabel. Ihre Natur und Herkunft sind unterschiedlich, aber es besteht eine Beziehung zwischen ihnen. Formation dauerhaft magnetisch Felder tragen zu inneren Quellen bei - elektrischen Strömen, die auf der Oberfläche des verdichteten Erdkerns aufgrund von Temperaturunterschieden in seinen Teilen entstehen, was vermutlich mit dynamischen Prozessen im Mantel und Kern verbunden ist. Sie erzeugen ein stabiles Magnetfeld, das sich über 20–25 Erdradien erstreckt, dessen Spannung an verschiedenen Punkten der Erdoberfläche variiert und nur langsamen Schwankungen unterliegt. Variables Feld erzeugt durch externe Quellen außerhalb des Planeten – elektrische Ströme in den oberen Schichten der Atmosphäre. Strahlen und Teilchen, die aus den Tiefen des Universums kommen, verursachen viele bekannte Phänomene – Polarlichter, magnetische Stürme, Luftionisierung, den Übergang von Luftsauerstoff und Stickstoff vom molekularen in den atomaren Zustand usw. Ein magnetisches Wechselfeld ist etwa 100-mal stärker schwächer als eine konstante und zeichnet sich durch Schwankungen unterschiedlicher Herkunft und Wirkungsdauer aus: regelmäßig (täglich, saisonal), hauptsächlich solarer Natur und unregelmäßig (magnetische Stürme).

Das Erdmagnetfeld hat eine Dipolkomponente, deren Achse mit magnetischen Nord- und Südpolen in einem Winkel von 11,5° zur Rotationsachse geneigt ist. Das Magnetfeld richtet die Kompassnadel in Richtung der magnetischen Feldlinien aus. Die Ebene des Großkreises, in der sich die Magnetnadel befindet, heißt magnetischer Meridian. Magnetische Meridiane konvergieren wie geografische Meridiane an zwei Punkten - magnetische Pole. Die magnetischen Pole stimmen nicht mit den geografischen überein und ihre Koordinaten ändern sich im Raum: Der Nordpol ist 75°42"N, 101°30"W. (1970); 77°36"N, 102°48"W (1985), Südpol – 65°30" S, 140°18" E. und 65° 06" S, 139° O (1985). Der magnetische Nordpol driftet mit einer Geschwindigkeit von 5-6 km/Jahr, aber bis 2002 war seine Geschwindigkeit auf 40 km/Jahr gestiegen.

Das Erdmagnetfeld wird durch folgende Indikatoren charakterisiert: magnetische Deklination, magnetische Neigung und Stärke.

Magnetische Deklination- der Winkel zwischen der wahren Richtung nach Norden, d.h. geografischer Meridian und die Richtung des nördlichen Endes der Magnetnadel. Sein Wert variiert von 0° bis ±180°. Linien gleicher magnetischer Deklination werden genannt Isogonen.

Magnetische Neigung- der Winkel zwischen der horizontalen Ebene und einer Magnetnadel, die frei auf einer horizontalen Achse hängt. Sein Wert variiert von 0° bis (±90)°. Auf der nördlichen geomagnetischen Hemisphäre ist es positiv, auf der südlichen negativ. Linien gleicher magnetischer Neigung werden genannt Isoklinen.

Spannung charakterisiert die Stärke des Magnetfelds und seine Größe nimmt mit dem Breitengrad zu.

Veränderungen in den Eigenschaften des Magnetfelds im Laufe der Zeit treten hauptsächlich aufgrund seiner Verschiebung relativ zum Globus auf – der Westdrift.

In der Erdgeschichte wurden Veränderungen in der Polarität des magnetischen Dipols beobachtet. Von Polarität spricht man, wenn das nördliche Ende der Magnetnadel nach Norden zeigt gerade(wie jetzt), sonst reden sie darüber umkehren Magnetisierung des Erddipols.

Beobachtungen des Erdmagnetfeldes werden von vielen Observatorien auf der ganzen Welt durchgeführt und auf der Grundlage ihrer Messungen werden geomagnetische Karten erstellt, die zeigen, dass in einer Reihe von Gebieten der Erde die Magnetfeldstärke und die magnetischen Feldlinien aufgrund von Abweichungen vom Normalzustand abweichen auf die Heterogenität der inneren Struktur der Erde und die remanente Magnetisierung von Gesteinen. Solche Abweichungen werden aufgerufen magnetische Anomalien. Einige Anomalien werden als Indikatoren für die Suche nach Mineralien verwendet.

Reis. 4.8. Meridianschnitt der Magnetosphäre, laut Satellitenmessungen (nach K. A. Kulikov und N. S. Sidorenkov): 1 - Plasmaschicht („Schwanz“) der Magnetosphäre; 2 - Polarlücke; 3- Strahlungsgürtel; 4- Plasmasphäre; 5- Plasmamantel; 6 - Magnetopause; 7 - Stoßwellenfront; 8 - „sonniger Wind“

Magnetosphäre. Die Sonne und die Planeten des Sonnensystems verfügen über ein Magnetfeld, das um jeden Himmelskörper eine spezielle Außenhülle bildet – Magnetosphäre. Dies ist eine Region des erdnahen Weltraums (der durchschnittliche Durchmesser der Magnetosphäre übersteigt im Querschnitt 90.000 km), deren physikalische Eigenschaften durch das Erdmagnetfeld und seine Wechselwirkung mit Strömen geladener Teilchen (Körperchen) bestimmt werden kosmischer Ursprung.

Die Erde ist ständig der Korpuskularstrahlung der Sonne ausgesetzt – Sonnenwind. Der Sonnenwind breitet sich von der Sonnenkorona mit hoher Geschwindigkeit (400 km/s) aus. Es besteht aus Protonen und Elektronen. Wenn der Sonnenwind mit dem Erdmagnetfeld interagiert, entsteht er Schockwelle(Abb. 4.8), gefolgt von einem Übergangsbereich, in dem das Magnetfeld des Sonnenplasmas ungeordnet wird. Der Übergangsbereich grenzt an die Erdmagnetosphäre, deren Grenze ist Magnetopause- verläuft dort, wo der dynamische Druck des Sonnenwinds durch den Druck des Erdmagnetfelds ausgeglichen wird.

Im Inneren befindet sich die Stoßwelle Strahlungsgürtel, in dem sich geladene Teilchen – Elektronen und Protonen – auf spiralförmigen Bahnen in Richtung magnetischer Kraftlinien bewegen. Durch die Wechselwirkung mit den oberen Schichten der Atmosphäre ionisieren diese Partikel diese und verursachen Polarlichter.

Das Erdmagnetfeld bildet in Wechselwirkung mit dem Sonnenwind die Magnetosphäre. Unter dem Einfluss des Sonnenwinds wird es von der Seite der Sonne her zusammengedrückt und in antisolarer Richtung stark gedehnt, wodurch ein Schweif von bis zu 900–1050 Erdradien Länge entsteht.

Die Magnetosphäre gehört nicht zu den Geosphären des Planeten, spielt aber eine wichtige Rolle bei der Bildung vieler Eigenschaften der geografischen Hülle. Es ist das Haupthindernis für das Eindringen der für lebende Materie schädlichen Korpuskularstrahlung der Sonne in die geografische Hülle. Laut S. V. Kalesnik bildet das Erdmagnetfeld zusammen mit der Atmosphäre eine „Panzerbarriere“ des Planeten – es fängt kosmische Partikel ein, die sich der Erde nähern, und verhindert, dass sie in den interplanetaren Raum zurückrutschen oder in die unteren Schichten der Atmosphäre eindringen. Kosmische Teilchen können nur im Bereich der Magnetpole ungehindert in die Atmosphäre eindringen.

Gleichzeitig sendet die Magnetosphäre Röntgen- und Ultraviolettstrahlen, Radiowellen und Strahlungsenergie an die Oberfläche des Planeten, die als Hauptwärmequelle und Energiebasis für die in der geografischen Hülle ablaufenden Prozesse dient.

Es wurden viele Fakten über die hohe Empfindlichkeit von Insekten, Fischen, Vögeln, Weichtieren, Schildkröten, Würmern und sogar Algen sowie des Menschen gegenüber Magnetfeldern gesammelt. Der Zusammenhang zwischen verschiedenen Funktionen von Pflanzen und Tieren und ihrer Orientierung in einem Magnetfeld wurde experimentell nachgewiesen. Dieses Phänomen nennt man Magnetotropismus.

Paläomagnetismus. Das Erdmagnetfeld existiert seit jeher und spiegelt sich in den Ergebnissen von Prozessen und Phänomenen wider, die in der fernen Vergangenheit auf dem Planeten stattgefunden haben. Eine Untersuchung alter Gesteine, die Partikel aus Magnetit, Hämatit oder anderen Eisenoxiden enthielten, zeigte das Vorhandensein einer Restmagnetisierung in ihnen, die die Richtung des Erdmagnetfelds der entsprechenden Ära hat. Die Untersuchung der Primärmagnetisierung von Gesteinen unterschiedlichen Alters ermöglichte es, (teilweise umstrittene) Daten über vorübergehende Veränderungen des Erdmagnetfeldes und bei der Forschung in verschiedenen Regionen über dessen räumliche Verteilung zu gewinnen. Diesen Daten zufolge zeichnet sich das Magnetfeld durch eine langsame Richtungsänderung aus und erfuhr immer wieder Umkehrungen, wenn der Nordpol zum Südpol wurde und umgekehrt. Im Känozoikum ist der durchschnittliche Zustand des Erdmagnetfelds ein Dipolfeld, das entlang der Rotationsachse des Planeten ausgerichtet ist, und die Neuzeit selbst wird als positiv angesehen. Paläomagnetische Daten für das Paläozoikum stimmen nur unter der zusätzlichen Annahme einer Wanderung des Magnetpols relativ zur Erdoberfläche miteinander überein. Die für verschiedene Kontinente berechneten Migrationspfade der Magnetpole unterscheiden sich erheblich, was durch ihre zeitlichen und räumlichen Bewegungen erklärt wird.

Die planetarische Natur des Erdmagnetismus und die Veränderungen seiner Elemente in der geologischen Vergangenheit bestimmen die grundsätzliche Möglichkeit einer altersbedingten Korrelation von Ereignissen und Bildungen der geografischen Hülle und des strengen Isochronismus der identifizierten Einheiten. Die genannten Abhängigkeiten werden derzeit häufig beim Vergleich von Basalten des Meeresbodens unterschiedlichen Alters sowie bei der Korrelation junger Kontinentalformationen verwendet, die praktisch kein paläontologisches Material enthalten. Die Streifenstruktur (Bänder mit direkter und umgekehrter Magnetisierung wechseln sich ab) dieser Gesteine ​​ist auf die Ausrichtung eisenhaltiger Mineralien entsprechend der Richtung der zum Zeitpunkt ihrer Entstehung vorhandenen Magnetfeldlinien zurückzuführen.

Das elektrische Feld der Erde existiert in allen Bereichen der geografischen Hülle, auch bei Tieren. Sein Hauptmerkmal ist Spannung- stellt die Kraft dar, die in diesem Feld auf eine positive Einheitsladung ausgeübt wird. Die Verteilung elektrischer Ladungen im Raum wird durch Kraftlinien dargestellt: Je größer die Dichte der Linien, desto größer die elektrische Feldstärke.

Mit der Bewegung elektrischer Ladungen verbundene Phänomene liegen vielen Prozessen im Universum und auf der Erde zugrunde. Unser Planet wird ständig von geladenen Teilchen aus dem Weltraum bombardiert. Einige von ihnen haben ihren Ursprung außerhalb des Sonnensystems und werden hauptsächlich durch Protonen (ca. 85 %), Alphateilchen (ca. 14 %) und schwere Atomkerne repräsentiert. Die meisten dieser Teilchen werden wahrscheinlich innerhalb unserer Galaxie gebildet, daher werden ihre Ströme auch als „Ströme“ bezeichnet galaktische kosmische Strahlung. Außerdem sind sie bekannt Sonnenkosmische Strahlung, geht von der Sonne aus und besteht ebenfalls hauptsächlich aus Protonen. Sie bilden außerirdische elektrische Ströme, die in Zeiten starker Störungen auf der Sonnenoberfläche merklich zunehmen. Bei der Annäherung an die Erde gelangen diese Teilchen in das Magnetfeld des Planeten und nehmen vor allem in der Nähe der Pole ein sehr komplexes Bewegungsmuster an. Ist die kinetische Energie des Teilchens relativ klein, wird das Teilchen durch das Feld abgelenkt und erreicht die Erdoberfläche nicht. Hochenergetische Teilchen können die Erdoberfläche erreichen. Im Bereich der Magnetpole können Protonen auch mit geringer Energie die Erdoberfläche erreichen, als würden sie sich auf magnetischen Kraftlinien „aufwickeln“. Verbunden mit der Bewegung geladener Teilchen im Erdmagnetfeld Polarlichter- Leuchten verdünnter Luftschichten in einer Höhe von 90-100 km und Blitz- Riesige elektrische Funkenentladungen zwischen den Wolken.

Terrestrische (tellurische) elektrische Ströme bedecken weite Gebiete der Erdkruste und der Meeresschichten, deren Ausmaße Hunderte und Tausende von Quadratkilometern betragen. Als Hauptgrund für ihre Entstehung wird eine Änderung der Intensität der Sonnenstrahlung angesehen, die ein elektromagnetisches Wechselfeld in der Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre erzeugt. Das Tellurfeld ist zeitlich und räumlich variabel: Die Dichte der Tellurströme nimmt bei magnetischen Störungen und bei magnetischen Stürmen zu. Tellurströme im Ozean haben im Vergleich zu Landströmungen eine höhere Dichte: In der Erdkruste beträgt sie durchschnittlich 2 × 10 –10 A/m 2, im Ozean – 3 × 10 –6 A/m 2. Das Feld der Tellurströme ändert sich ständig in Abhängigkeit vom Erdmagnetfeld. Weitere Quellen des elektromagnetischen Feldes im Weltmeer sind Ansammlungen bestimmter Mikroorganismen, die einen bioelektrischen Effekt (Glühen des Wassers) erzeugen, mit Suspension gesättigte Strömungen (insbesondere in der Bodenschicht und in Unterwasserschluchten) sowie vertikale Konvektion. Das Verhältnis dieser Faktoren ist unterschiedlich, sie haben jedoch in der Regel eine integrale Wirkung.

Das thermische Feld entsteht aufgrund der ungleichmäßigen Erwärmung der Erdsubstanz – Gestein, Wasser und Luft, was zu einer räumlichen Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung führt. Die Quellen des Wärmefeldes sind interne und externe Prozesse.

Externe Quelle- Sonnenstrahlung dringt nur wenige Meter tief ein. Damit ist ein weiterer Temperaturanstieg mit der Tiefe (durchschnittlich 0,3°C pro 100 m) verbunden interne Quellen - Zerfall radioaktiver Elemente, gravitative Differenzierung von Materie, Gezeitenreibung, Prozesse der Metamorphose und Phasenübergänge von Materie. Die meisten Forscher betrachten die gravitative Differenzierung der Materie als die Hauptquelle der inneren Wärme. Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs mit der Tiefe hängt von der Wärmeleitfähigkeit, der Durchlässigkeit von Gesteinen und der Wärmeerzeugung durch Quellen ab. Der Hauptverlust an innerer Wärme der Erde (4 × 10 12 W) entsteht durch Wärmeströmung; Vulkanismus, Erdbeben und hydrothermale Quellen spielen eine geringere Rolle. Die Dichte des Wärmeflusses aus dem Inneren bestimmt den Energiezustand der Erdoberfläche und die tektonischen Eigenschaften der Region. Dieser Wert variiert und liegt im Durchschnitt (mW/m2): für Tiefseebecken – 28–65, innerhalb von Schilden – 29–49, in geosynklinalen Gebieten und mittelozeanischen Rücken – 100–300 oder mehr. Der durchschnittliche Wert für die Erde beträgt 64-75 mW/m2, was mehrere zehntausend Mal weniger ist als der Strahlungsenergiefluss der Sonne.

Thermische Wechselwirkungen hängen maßgeblich von der Materialzusammensetzung von Körpern (Luft, Wasser, Gesteine), ihren physikalischen Eigenschaften (Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Temperatur der Phasenumwandlungen) sowie der Dichte des Stoffes ab.

Das moderne Wärmefeld hat zweifellos einen Einfluss auf die in der Hülle ablaufenden Prozesse, insbesondere auf die Entwicklung lebender Materie.

Reis. 4.9. Modelle (a, b) geografische Wärmekraftmaschine

Thermische Wechselwirkungen werden durch Gleichungen beschrieben, die sich aus physikalischen Gesetzen ergeben. Die Gesetze (Prinzipien) der Thermodynamik sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis des Prozesses der Wärmeübertragung in der geografischen Hülle. Erster Hauptsatz der Thermodynamik setzt den Energieerhaltungssatz in Bezug auf ein thermodynamisches System um und bestimmt den Einfluss äußerer Energie auf das System wie folgt: Die in das System eintretende Wärme ist gleich der Summe der Inkremente der inneren Energie des Systems und der geleisteten Arbeit durch das System. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik erklärt den Wärmefluss von einem Körper mit höherer Temperatur zu einem Körper mit niedrigerer Temperatur.

Diese Postulate dienten als Grundlage für die Erklärung verschiedener Formen der Materiezirkulation (Wirbel) in der geografischen Hülle. V. V. Shuleikin führte das Konzept der „geografischen Wärmekraftmaschine“ ein. Geografische Wärmekraftmaschine ist ein thermodynamisches System, in dem aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen seinen einzelnen Teilen Wärme übertragen und Arbeit verrichtet wird. Teil des Systems Mit eine höhere Temperatur wird genannt Heizung, ein anderes, wo die Temperatur niedriger ist, - Kühlschrank(Abb. 4.9, A). Die Heizung erhält Wärme aus der Außenumgebung und muss nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik als Kühlschrank für ein anderes System dienen, sonst kann sie der Außenumgebung keine Wärme entziehen. Gleichzeitig gibt der Kühlschrank Wärme an die Außenumgebung ab, da er sonst keine Energie von der Heizung erhalten kann (Abb. 4.9, B). Somit dient der Kühlschrank einer bestimmten Wärmekraftmaschine als Heizung für ein anderes System, das thermodynamisch mit ihm gekoppelt ist. Im Aufbau geografischer Wärmekraftmaschinen werden räumlich getrennte Heiz- und Kühlgeräte durch zahlreiche Energieflüsse vereint.

Geochemische Prozesse spielen in der geografischen Umwelt eine wichtige Rolle, da sie das Wesen der Umwelt hinsichtlich der Zusammensetzung der Elemente, aus denen sie besteht, und der Wechselwirkung untereinander, einschließlich des Stoffaustauschs, beeinflussen.

Um die durchschnittliche chemische (elementare) Zusammensetzung der Erde abzuschätzen, werden die Ergebnisse der Messung der Dichte der Erde, der Geschwindigkeit und Richtung seismischer und elektromagnetischer Wellen sowie der Zusammensetzung von Meteoriten verwendet. Die durchschnittliche Zusammensetzung der Erde als Himmelskörper wurde erstmals 1919 vom Geochemiker P. N. Chirvinsky beschrieben. Moderne Daten zum durchschnittlichen Gehalt an chemischen Elementen der Erde (nach V. A. Rudnik und E. V. Sobotovich, 1984) sind nachstehend aufgeführt:

Clark. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Der amerikanische Wissenschaftler F.W. Clark begann, die quantitative Häufigkeit chemischer Elemente in der Erdkruste, der Atmosphäre und der Hydrosphäre zu untersuchen. Zur Angabe des durchschnittlichen Gehalts eines chemischen Elements in der Erdkruste (Atmosphäre, Hydrosphäre, Erde als Ganzes, Weltraumobjekte) A.E. Fersman schlug 1923 den Begriff „Clark“ vor.

Tabellendaten 4.2 zeigen, dass fast die Hälfte der Erdkruste (47 %) aus Sauerstoff besteht und als „Sauerstoffsphäre“ bezeichnet werden kann. Zusammen mit Silizium machen diese Elemente etwa 80 % der Masse der Erdkruste aus, unter Berücksichtigung der Anteile Aluminium, Eisen, Kalzium, Natrium, Kalium, Magnesium und Titan erhöht sich der Anteil auf 99,48 %. Der Anteil aller anderen Elemente beträgt etwa 0,5 % .

Tabelle 4.2. Chemische Zusammensetzung der Erdkruste

Clark-Konzentration. Das Verhältnis des Gehalts eines Elements in einem bestimmten System zu seinem Gehalt in der Erdkruste wird genannt Clark-Konzentration. Dieser Begriff wurde von V.I. eingeführt. Wernadskij im Jahr 1937 und ist ein wichtiges geochemisches Merkmal. Wenn der Clarke-Wert kleiner als eins ist, wird der Indikator verwendet Clark zerstreut- der Kehrwert der Konzentration Clarke.

Die Konzentrations- und Streuungsgrenzen desselben Elements in verschiedenen landschaftsgeografischen Umgebungen können in sehr weiten Grenzen schwanken, was von den Primärquellen des Elements, seiner Migrationsfähigkeit, der Form des Vorkommens des Elements in natürlichen Systemen und den Eigenschaften des Elements abhängt die Umgebung, um das Element zu verteilen oder zu konzentrieren. In Abb. Abbildung 4.10 zeigt die Clarke-Konzentration von Barium in der Erdkruste. Der größte Wert (1,27) ist charakteristisch für saure Gesteine, der kleinste (n×10 -5) ist charakteristisch für eine aquatische Umgebung.

Migration und Differenzierung der Materie. Die Substanz der Erde ist in ständiger Bewegung. Migration (Bewegung, Verdrängung, Umverteilung) und Differenzierung von Elementen wird durch zwei Gruppen von Faktoren beeinflusst: intern- Eigenschaften chemischer Elemente, bestimmt durch die Struktur der Atome, ihre Fähigkeit, Verbindungen zu bilden, aus Lösungen und Schmelzen auszufallen und extern, Charakterisierung der Migrationsumgebung – Temperatur, Druck, Säure-Base- und Redoxbedingungen (pH und Eh).

Reis. 4.10. Clark-Bariumkonzentration (nach A.I. Perelman): 1 – magmatisches Gestein, sauer; 2 - das gleiche, einfach; 3 - das gleiche, ultrabasisch; 4 - Kalksteine; 5 - Kohlenstoff-Kieselsäure-Schiefer; 6 - Sandsteine; 7 - Ton und Schiefer; 8 - Ton; 9 - schreckliche Felsen; 10 - Bauxit; 11 - Anthrazit; 12 - Öl; 13 - Tiefseeton; 14 - Braunkohle; 15 - Halolite; 16 - Gips; 17 - Solen; 18 - die Erde

Neben Migrationsfaktoren kommt es auch darauf an, in welcher Form das Element vorliegt. Laut V. I. Wernadskij sind die Hauptvorkommensformen der Elemente die folgenden: 1) Gesteine ​​und Mineralien (einschließlich natürlicher Wässer und Gase), 2) lebende Materie, 3) Magmen (Silikatschmelzen), 4) dispergierte Materie.

Die chemische Migration von Materie in der geografischen Hülle ist in ihrem Ausmaß mit der mechanischen Migration vergleichbar und übertrifft diese an Bedeutung, da sie zusammen mit der biogenen Migration die chemische Zusammensetzung aller Geosphären bestimmt. Dabei sind zwei gekoppelte Prozesse von größter Bedeutung: Oxidation und Reduktion. Oxidation- Dabei handelt es sich um die Umlagerung von Elektronen zwischen Atomen einer Substanz, wodurch Atome (Ionen) mit höherer Wertigkeit entstehen. Die typischste Reaktion ist die Zugabe von Sauerstoff, d. h. Oxidation selbst. Ein Zeichen für eine oxidierende Umgebung ist die Anwesenheit von freiem Sauerstoff. Oxidationsmittel sind auch Schwefel (SO 4 2-), Kohlenstoff (CO 2), Stickstoff (NO 3 1-, NO 2) usw. Erholung ist ein geochemischer Prozess, der zur Anlagerung von Elektronen an Elemente (Ionen) und zur Verringerung ihrer Wertigkeit führt. In der Geochemie gilt die Zugabe von Wasserstoff bzw. die Hydrierung eines Stoffes als ein so wichtiger Vorgang. Reduktionsmittel sind neben Wasserstoff Schwefelwasserstoff (H 2 S), Kohlenstoffverbindungen (CH 4, CO, organische Stoffe), Eisen (II) und Mangan usw.

Paragenetische Assoziationen von Elementen. Das Konzept der Paragenese wurde 1909 von V. I. Wernadskij eingeführt, obwohl dieses Phänomen in der Mineralogie 100 Jahre früher beschrieben und als Kontiguität bezeichnet wurde. Unter Paragenese das gleichzeitige Vorkommen genetisch verwandter Elemente oder Mineralien verstehen. Negativ(verboten) Paragenese- Dies ist die Unmöglichkeit der gemeinsamen Bildung und Lokalisierung von Elementen oder Mineralien.

Beide Konzepte haben einen gemeinsamen Charakter und sind mit den Bedingungen der Bildung und Wechselwirkung chemischer Elemente verbunden, die von der Nähe von Ionenradien, Sorption, radioaktivem Zerfall und anderen Eigenschaften abhängen. Das Wissen über paragenetische und verbotene Zusammenhänge ist eine wichtige Voraussetzung für die Suche nach Mineralien sowie ein Mittel zur Beurteilung des Verhaltens bestimmter Elemente in der natürlichen Umwelt und unter Technogenese-Bedingungen.

Chemische Elemente und Verbindungen, die die Migrationsbedingungen in einem bestimmten System bestimmen, werden genannt führend. Normalerweise ist ihre Zahl gering. Beispielsweise wird die geochemische Situation im Ozean durch die Anwesenheit von Sauerstoff, Natrium und Chlor bestimmt. In vielen natürlichen Umgebungen wurde die führende Rolle des H + -Ions nachgewiesen, von dem der pH-Wert der Umgebung abhängt.

Da die führenden Elemente das Verhalten anderer Elemente und Verbindungen in einem bestimmten System bestimmen, verwenden sie in der Geochemie das von A. I. Perelman formulierte Prinzip der mobilen Komponenten: Die geochemischen Eigenschaften des Systems werden durch die führenden Komponenten bestimmt. Die führenden Elemente sind diejenigen, die in einer bestimmten Umgebung hohe Clarke-Werte aufweisen, aktiv migrieren und sich ansammeln.

Veröffentlichungsdatum: 08.12.2014; Lesen Sie: 1411 | Seite Urheberrechtsverletzung | Bestellen Sie das Schreiben einer Arbeit

Website – Studopedia.Org – 2014–2019. Studiopedia ist nicht der Autor der veröffentlichten Materialien. Die Nutzung ist jedoch kostenlos(0,025 s) ...

AdBlock deaktivieren!
sehr nötig

1. G geografische Hülle gekennzeichnet durch eine sehr hohe Komplexität der Zusammensetzung und einen vielfältigen Aggregatzustand;
2. IN geografische Hülle das Leben ist konzentriert und die menschliche Gesellschaft existiert;
3. Alle physikalischen und geografischen Prozesse in dieser Hülle erfolgen aufgrund der Sonnen- und inneren Energie der Erde;
4. Alle Arten von Energie treten ein geografische Hülle, werden darin umgewandelt und teilweise erhalten.

Haupteigenschaften geografische Hülle sind: der Rhythmus natürlicher Phänomene, der Stoff- und Energiekreislauf, Integrität und Einheit, Selbstregulierung.

Rhythmus– Dies ist die Wiederholbarkeit natürlicher Phänomene im Laufe der Zeit; aber nicht ihre wörtliche Wiederholung, denn Jedes nachfolgende Phänomen unterscheidet sich vom vorherigen. Es gibt Rhythmen: Veränderungen der Sonnenaktivität (2-3, 5-6, 11, 22-23); Position der Erde in Bezug auf die Sonne (365 Tage - die jährliche Bewegung der Erde um die Sonne, Rhythmik dauert 1800-1900 Jahre. Sie entsteht durch die Wirkung von Gezeitenkräften, d. h. wenn die Positionen der Sonne, Erde und Mond fallen in derselben Ebene und auf derselben geraden Linie zusammen. Dies können zwei Positionen sein. Wenn der Mond zwischen Sonne und Erde steht, tritt die größte Verletzung der Gleichheit der Ozeanmassen auf und es kommt zu tiefem Wasser an die Oberfläche, was sich auf das Klima auswirkt. Nach 900-950 Jahren befinden sich Sonne, Erde und Mond wieder in derselben Ebene und auf einer geraden Linie, aber die Erde befindet sich zwischen Sonne und Mond. Wie festgestellt wurde, in Im ersten Fall gibt es eine feuchte Periode auf der Erde und im zweiten Fall eine trockene Periode. Die Rhythmen der Erdfeuchtigkeit wurden vom russischen Wissenschaftler Shnitnikov identifiziert. 40.000 Jahre - eine Änderung der Neigung der Erdachse, 92.000 Jahre - Schwankungen der Exzentrizität der Erdumlaufbahn); Position des Sonnensystems in der Galaxie (190-200 Millionen Jahre – seine Revolution um den Kern der Galaxie).

Ungleichmäßige Energieverteilung in geografische Hülle bewirkt die Bewegung von Materie und die Bildung von Kreisläufen in der Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre und Biosphäre. Es kommt zu Bewegungen von Luft- und Wassermassen sowie anorganischer und organischer Materie, die die atmosphärische Zirkulation und den Wasserkreislauf, die Übertragung von Mineralstoffen sowie lithosphärische und biosphärische Kreisläufe bilden. Die kreisförmige Form der Transfers gewährleistet die Kontinuität der Bewegung unter Bedingungen einer begrenzten Substanzmenge. Nicht alle Kreisläufe sind geschlossen, das heißt, bei der Bewegung kann dem Kreislauf ein Teil der Materie und Energie entzogen werden, manchmal werden auch neue Stoffe und Energie in den Kreislauf aufgenommen. Beispiel: Entnahme erheblicher Wassermengen aus geografische Hülle im Quartär während der Entstehung von Gletschern und ihrem Eintritt in geografische Hülle- wenn sie schmelzen.

Integrität geografische Hülle manifestiert sich darin, dass eine Veränderung einer Komponente eines natürlichen Komplexes eine Veränderung anderer oder des gesamten Systems als Ganzes bewirkt. Beispiel: Die großflächige Pflügeung von Land und die Abholzung der Wälder in den zentralen Schwarzerderegionen führten nicht nur zu einer Verschlechterung des Zustands der Bodenbedeckung, sondern auch der hydrologischen und hydrogeologischen Bedingungen, einer Verringerung der Niederschlagsmenge sowie Veränderungen der Phytozönose und Zoozönose . Somit führte der anthropogene Einfluss auf eine Komponente des natürlichen Systems (Boden) zu einer Zustandsänderung des gesamten Systems.

Einheit geografische Hülleäußert sich darin, dass sich Änderungen, die an einer Stelle auftreten, auf die gesamte Hülle und manchmal auch auf einen beliebigen Teil davon an einer anderen Stelle auswirken. Beispiel: Saurer Regen in den zentralen Schwarzerderegionen, der die Böden versauert, wird hauptsächlich durch die Übertragung von Schwefel- und Stickstoffverbindungen durch Westwinde aus Westeuropa verursacht, wo sie von Industrieunternehmen in die Luft emittiert werden. Wie Sie sehen, ist der anthropogene Einfluss auf die Atmosphäre an einem Ort geografische Hülle wirkt sich auf andere Weise auf die Bodenbedeckung aus.

GO verfügt über die Fähigkeit zur Selbstregulierung, die es ihm ermöglicht, viele Parameter auf einem bestimmten Niveau zu halten. Beispiel 1. Die Konstanz der Salzzusammensetzung des Ozeanwassers trotz der ungleichmäßigen Niederschlagsverteilung und ungleichen Verdunstung in seinen verschiedenen Teilen sowie der jährliche Zufluss von 37,5 Tausend km 3 Süßwasser durch Flüsse in den Ozean . Beispiel 2. Aufrechterhaltung der Lufttemperatur auf einem bestimmten Niveau durch Prozesse im Wechselwirkungssystem: Sonneneinstrahlung – Temperatur der Erdoberfläche – Verdunstung – Bewölkung.

Die geografische Hülle ist der komplexeste und vielfältigste (kontrastreichste) Teil der Erde. Seine spezifischen Eigenschaften entstanden im Laufe der langfristigen Wechselwirkung natürlicher Körper unter den Bedingungen der Erdoberfläche.

Eines der charakteristischen Merkmale der Hülle ist eine große Vielfalt an Materialzusammensetzungen, die die Vielfalt der Materie sowohl im Erdinneren als auch in den oberen (äußeren) Geosphären (Ionosphäre, Exosphäre, Magnetosphäre) deutlich übertrifft. In der geografischen Hülle kommt der Stoff in drei Aggregatzuständen vor und weist ein breites Spektrum physikalischer Eigenschaften auf – Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Viskosität, Fragmentierung, Reflexionsvermögen usw. Die große Vielfalt der chemischen Zusammensetzung und Aktivität des Stoffes ist auffällig.

Die materiellen Formationen der geografischen Hülle sind heterogen strukturiert. Sie unterscheiden inerte oder anorganische Substanzen, lebende (die Organismen selbst) und bioinerte Substanzen. Jede genannte Substanzart umfasst Hunderte und Tausende von Arten, und die Zahl der Arten lebender Organismen liegt zwischen 1,5 und 2 Millionen (nach verschiedenen Schätzungen).

Ein weiteres Merkmal der geografischen Hülle ist die große Vielfalt der in sie eintretenden Energiearten und der Formen ihrer Umwandlung. Unter den zahlreichen Energieumwandlungen nehmen die Prozesse ihrer Akkumulation (zum Beispiel in Form von organischer Substanz) einen besonderen Platz ein.

Die ungleichmäßige Verteilung der Energie auf der Erdoberfläche, verursacht durch die Sphärizität der Erde, die komplexe Verteilung von Land und Ozean, Gletschern, Schnee, Topographie der Erdoberfläche und die Vielfalt der Materiearten, bestimmen das Ungleichgewicht der geografischen Hülle , die als Grundlage für die Entstehung verschiedener Bewegungen dient: Energieflüsse, Zirkulation von Luft, Wasser, Bodenlösungen, Migration chemischer Elemente, chemische Reaktionen usw. Bewegungen von Materie und Energie verbinden alle Teile der geografischen Hülle und bestimmen ihre Integrität.

Im Zuge der Entwicklung der geografischen Hülle als Materialsystem wurde ihre Struktur komplexer und die Vielfalt ihrer Materialzusammensetzung und Energiegradienten nahm zu. In einem bestimmten Entwicklungsstadium der Hülle entstand Leben – die höchste Bewegungsform der Materie. Die Entstehung des Lebens ist ein natürliches Ergebnis der Entwicklung der geografischen Hülle. Die Aktivität lebender Organismen hat zu einer qualitativen Veränderung der Beschaffenheit der Erdoberfläche geführt.

Eine Reihe planetarischer Faktoren ist für die Entstehung und Entwicklung der geografischen Hülle von wesentlicher Bedeutung: die Masse der Erde, die Entfernung zur Sonne, die Rotationsgeschwindigkeit um die Achse und in der Umlaufbahn, das Vorhandensein der Magnetosphäre (siehe Kapitel I). , die ein bestimmtes thermodynamisches Umfeld bot, das für die Umsetzung verschiedener natürlicher Wechselwirkungen – Grundlagen geographischer Prozesse und Phänomene – günstig genug war. Die Untersuchung nahegelegener Weltraumobjekte – der Planeten des Sonnensystems – zeigte, dass sich nur auf der Erde günstige Bedingungen für die Entstehung eines ausreichend komplexen materiellen Systems entwickelten.

Im Zuge der Entwicklung der geografischen Hülle nahm ihre Rolle als Faktor ihrer eigenen Entwicklung (Selbstentwicklung) zu. Von großer unabhängiger Bedeutung sind die Zusammensetzung und Masse der Atmosphäre, des Ozeans und der Gletscher, das Verhältnis und die Größe der Land-, Ozean-, Gletscher- und Schneeflächen, die Verteilung von Land und Meer über die Erdoberfläche, die Lage und Konfiguration des Reliefs Formen verschiedener Maßstäbe, verschiedene Arten natürlicher Umgebung usw.

Auf einem relativ hohen Entwicklungsstand der geografischen Hülle, ihrer Differenzierung und Integration entstanden komplexe Systeme – natürliche Territorial- und Wasserkomplexe.

Abschließend listen wir einige der wichtigsten Parameter der geografischen Hülle und ihrer großen Strukturelemente auf.

Die Erdoberfläche beträgt 510,2 Millionen km2. Der Ozean nimmt 361,1 Millionen km2 (70,8 %) ein, Land – 149,1 Millionen km2 (29,2 %). Es gibt sechs große Landmassen – Kontinente oder Kontinente: Eurasien, Afrika, Nordamerika, Südamerika, Antarktis und Australien sowie zahlreiche Inseln (Tabelle II. 1).

Die durchschnittliche Landhöhe beträgt 870 m, die durchschnittliche Meerestiefe beträgt 3704 m. Der Meeresraum wird normalerweise in vier Ozeane unterteilt: Pazifik, Atlantik, Indischer Ozean und Arktis (Tabelle 112).

Es besteht die Meinung, dass es ratsam sei, die antarktischen Gewässer des Pazifischen, Indischen und Atlantischen Ozeans in einen besonderen Südlichen Ozean zu unterteilen; da diese Region durch ein besonderes dynamisches und thermisches Regime gekennzeichnet ist.

Die Verteilung von Kontinenten und Ozeanen über Hemisphären und Breitengrade ist ungleichmäßig, was Gegenstand einer besonderen Analyse ist.

Viele Objekte sind für natürliche Prozesse wichtig. Die Masse der geografischen Hülle kann aufgrund der Unsicherheit ihrer Grenzen nicht genau bestimmt werden. Nachfolgend finden Sie einen Vergleich der Massen (kg) einzelner Geosphären, der Erde und der geografischen Hülle (nach K.K. Markov et al., 1978).