Entstehung der Erdkruste und Atmosphäre. Entwicklung der Atmosphäre und Hydrosphäre. Ursprung der Hydrosphäre und Geschichte der Meeresgewässer

Einführung

1. Hypothesen zur Entstehung der Erde und ihre Begründung

2. Bildung der inneren Hüllen der Erde im Verlauf ihrer geologischen Entwicklung

2.1 Hauptstadien der Erdentwicklung

2.2 Innere Hüllen der Erde

3.1 Hydrosphäre

3.2 Atmosphäre

Abschluss

Archaikum und Proterozoikum sind die beiden größten Epochen, in denen sich Leben auf der Ebene von Mikroorganismen zu bilden begann. Diese beiden Epochen werden in „Nadera“ – dem Kryptozoikum (der Zeit des verborgenen Lebens) – zusammengefasst. Die ersten mehrzelligen Organismen entstanden ganz am Ende des Proterozoikums vor etwa 600 Millionen Jahren.

Vor etwa 570 Millionen Jahren, als sich auf der Erde praktisch günstige Lebensbedingungen bildeten, begann die rasante Entwicklung lebender Organismen. Von diesem Moment an begann die „Zeit des offensichtlichen Lebens“ – das Phanerozoikum. Dieser Abschnitt der geologischen Geschichte ist in drei Epochen unterteilt: Paläozoikum, Mesozoikum und Känozoikum. Die letzte Ära aus geo- und biologischer Sicht dauert bis heute an. Es ist zu beachten, dass die Entstehung und Entwicklung des Lebens auf der Erde zu einer erheblichen Veränderung der festen Hülle der Erde (Lithosphäre), Hydrosphäre und Atmosphäre führte und die Entstehung intelligenten Lebens (Menschen) in kurzer Zeit globale Veränderungen verursachte in der Entwicklung des Planeten. Das Mesozoikum ist durch aktive Manifestationen magmatischer Aktivität und einen intensiven Prozess der Gebirgsbildung gekennzeichnet. Diese Ära wurde von Dinosauriern dominiert.

Unterschiede in der Zusammensetzung der Gesteine ​​von einer Epoche zur anderen sind wiederum auf plötzliche Veränderungen der natürlichen, klimatischen und physikalischen Bedingungen auf dem Planeten zurückzuführen. Es wurde festgestellt, dass sich das Klima auf der Erde mehrfach verändert hat, Erwärmungsperioden starken Kälteeinbrüchen wichen und es zu steigenden und fallenden Landmassen kam. Es gab auch große Weltraumkatastrophen: Kollisionen mit Meteoriten, Kometen und Asteroiden. Auf der Erde wurden zahlreiche große Meteoritenkrater entdeckt. Der größte von ihnen auf der Halbinsel Yucatan hat einen Durchmesser von mehr als 100 km; sein Alter – 65 Millionen Jahre – fällt praktisch mit dem Ende der Kreidezeit und dem Beginn des Paläogens zusammen. Mit dieser großen Katastrophe verbinden viele Paläontologen das Aussterben der Dinosaurier.

Klima- und Temperaturveränderungen sind größtenteils auf astronomische Faktoren zurückzuführen: die Neigung der Erdachse (vielfach geändert), Störungen der Riesenplaneten, die Aktivität der Sonne und die Bewegung des Sonnensystems um die Galaxie. Einer Hypothese zufolge kommt es alle 210–215 Millionen Jahre (galaktische Jahr) zu abrupten Klimaveränderungen, wenn das Sonnensystem, das sich um das Zentrum der Galaxie dreht, eine Gas- und Staubwolke durchquert. Dies trägt zur Abschwächung der Sonnenstrahlung und damit zur Abkühlung des Planeten bei. In diesen Momenten beginnen auf der Erde Eiszeiten – Polkappen entstehen und wachsen. Die letzte Eiszeit begann vor etwa 5 Millionen Jahren und dauert bis heute an. Die Eiszeit ist durch periodische Temperaturschwankungen (alle 50.000 Jahre) gekennzeichnet. Bei Kälteeinbrüchen (Eiszeiten) können sich Gletscher von den Polen bis zum Äquator mit einer Temperatur von bis zu 30–40 Grad ausbreiten. Wir leben jetzt in der „Interglazial“-Periode der Eiszeit. Das Erbe der Eiszeit ist die Permafrostzone (in Russland mehr als die Hälfte seines Territoriums).

2.2 Innere Hüllen der Erde

Derzeit ist bekannt, dass der Erdkern hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht. Stoffe, die leichtere Elemente (Silizium, Magnesium und andere) enthielten, „schwebten“ nach und nach auf und bildeten den Erdmantel und die Erdkruste. Die leichtesten Elemente wurden Teil der Ozeane und der Primäratmosphäre der Erde. Die Materialien, aus denen die feste Erde besteht, sind undurchsichtig und dicht. Daher ist ihre Erforschung nur in Tiefen möglich, die einen unbedeutenden Teil des Erdradius ausmachen. Die tiefsten Bohrlöcher und derzeit verfügbaren Projekte sind auf Tiefen von 10–15 km beschränkt, was etwas mehr als 0,1 % des Radius entspricht. Daher werden Informationen über das tiefe Erdinnere nur mit indirekten Methoden gewonnen. Dazu gehören seismische, gravitative, magnetische, elektrische, elektromagnetische, thermische, nukleare und andere Methoden. Die zuverlässigste davon ist die seismische. Es basiert auf der Beobachtung seismischer Wellen, die bei Erdbeben in der festen Erde erzeugt werden. Seismische Wellen ermöglichen es, sich ein Bild von der inneren Struktur der Erde und der Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Substanz des Erdinneren mit der Tiefe zu machen.

Es gibt zwei Arten seismischer Wellen: Längs- und Querwellen. Bei Longitudinalwellen bewegen sich Teilchen entlang der Richtung, bei Transversalwellen – senkrecht zu dieser Richtung. Die Geschwindigkeit von Longitudinalwellen ist größer als die von Transversalwellen. Wenn eine seismische Welle auf eine Grenzfläche trifft, wird sie reflektiert und gebrochen. Durch die Beobachtung seismischer Schwingungen kann man die Tiefe der Grenzen bestimmen, an denen Änderungen der Gesteinseigenschaften auftreten, sowie das Ausmaß der Änderungen selbst.

Scherwellen können sich in einem flüssigen Medium nicht ausbreiten, daher weist das Vorhandensein von Scherwellen darauf hin, dass die Lithosphäre bis in große Tiefen fest ist. Ab einer Tiefe von 3000 km können sich Transversalwellen jedoch nicht mehr ausbreiten. Daher die Schlussfolgerung: Der innere Teil der Lithosphäre bildet einen Kern, der sich in einem geschmolzenen Zustand befindet. Darüber hinaus ist der Kern selbst noch in zwei Zonen unterteilt: den inneren festen Kern und den äußeren flüssigen Kern (Schicht zwischen 2900 und 5100 km).

Auch die feste Hülle der Erde ist heterogen – sie weist in einer Tiefe von etwa 40 km eine scharfe Grenzfläche auf. Diese Grenze wird Mohorovicic-Oberfläche genannt. Der Bereich oberhalb der Mohorovic-Oberfläche wird Kruste genannt, unterhalb des Mantels.

Der Mantel erstreckt sich bis zu einer Tiefe von 2900 km. Es ist in 3 Schichten unterteilt: obere, mittlere und untere. Die oberste Schicht, die Asthenosphäre, zeichnet sich durch eine relativ niedrige Viskosität der Substanz aus. Die Asthenosphäre enthält Hotspots von Vulkanen. Eine Erniedrigung des Schmelzpunktes der Asthenosphärensubstanz führt zur Bildung von Magma, das durch Risse und Kanäle in der Erdkruste an die Erdoberfläche fließen kann. Die Zwischen- und Unterschichten befinden sich in einem festen, kristallinen Zustand.

Die oberste Schicht der Erde wird Erdkruste genannt und ist in mehrere Schichten unterteilt. Die obersten Schichten der Erdkruste bestehen hauptsächlich aus Schichten von Sedimentgesteinen, die durch die Ablagerung verschiedener kleiner Partikel, hauptsächlich in den Meeren und Ozeanen, entstehen. Diese Schichten enthalten die Überreste von Tieren und Pflanzen, die in der Vergangenheit auf der Erde lebten. Die Gesamtdicke (Dicke) der Sedimentgesteine ​​beträgt nicht mehr als 15–20 km.

Der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen auf Kontinenten und auf dem Meeresboden führte zu der Schlussfolgerung, dass es auf der Erde zwei Haupttypen von Krusten gibt: kontinentale und ozeanische.

Die Dicke der kontinentalen Kruste beträgt durchschnittlich 30–40 km und erreicht an manchen Stellen unter vielen Bergen 80 km. Normalerweise werden unterhalb der Sedimentgesteine ​​zwei Hauptschichten unterschieden: die obere ist „Granit“, die in ihren physikalischen Eigenschaften und ihrer Zusammensetzung Granit ähnelt, und die untere, die aus schwereren Gesteinen besteht – „Basalt“ (es wird angenommen, dass sie besteht). hauptsächlich aus Basalt). Die Dicke jeder dieser Schichten beträgt durchschnittlich 15–20 km. Allerdings ist es vielerorts nicht möglich, die Grenze zwischen Granit- und Basaltschicht festzulegen.

Die ozeanische Kruste ist viel dünner (5-8 km). In Zusammensetzung und Eigenschaften kommt es der Substanz des unteren Teils der Basaltschicht der Kontinente nahe. Diese Art von Kruste ist jedoch nur für tiefe Bereiche des Meeresbodens charakteristisch, mindestens 4.000 m. Am Meeresboden gibt es Bereiche, in denen die Kruste eine kontinentale oder intermediäre Struktur aufweist.

3. Die Entstehung der Erdatmosphäre und Hydrosphäre und ihre Rolle bei der Entstehung des Lebens

3.1 Hydrosphäre

Erde, Planet, Hülle, Atmosphäre, Hydrosphäre

Die Hydrosphäre ist die Gesamtheit aller Gewässer der Erde (Ozeane, Meere, Seen, Flüsse, Grundwasser, Sümpfe, Gletscher, Schneedecke).

Der größte Teil des Wassers konzentriert sich im Ozean, viel weniger im kontinentalen Flussnetz und im Grundwasser. Auch in der Atmosphäre gibt es große Wasserreserven in Form von Wolken und Wasserdampf. Über 96 % des Volumens der Hydrosphäre bestehen aus Meeren und Ozeanen, etwa 2 % sind Grundwasser, etwa 2 % sind Eis und Schnee und etwa 0,02 % sind Landoberflächenwasser. Ein Teil des Wassers liegt in festem Zustand in Form von Gletschern, Schneedecke und Permafrost vor und stellt die Kryosphäre dar. Der Großteil des Eises befindet sich an Land - hauptsächlich in der Antarktis und Grönland. Seine Gesamtmasse beträgt etwa 2,42 * 10 22 g. Würde dieses Eis schmelzen, würde der Pegel des Weltozeans um etwa 60 m ansteigen. Gleichzeitig würden 10 % des Landes vom Meer überflutet.

Oberflächengewässer machen einen relativ geringen Anteil an der Gesamtmasse der Hydrosphäre aus.

Geschichte der Entstehung der Hydrosphäre

Es wird angenommen, dass bei der Erwärmung der Erde die Kruste zusammen mit der Hydrosphäre und der Atmosphäre durch vulkanische Aktivität gebildet wurde – die Freisetzung von Lava, Dampf und Gasen aus den inneren Teilen des Erdmantels. Ein Teil des Wassers gelangte in Form von Dampf in die Atmosphäre.

Die Bedeutung der Hydrosphäre

Die Hydrosphäre steht in ständiger Wechselwirkung mit der Atmosphäre, der Erdkruste und der Biosphäre. Die Wasserzirkulation in der Hydrosphäre und ihre hohe Wärmekapazität gleichen die klimatischen Bedingungen in verschiedenen Breiten aus. Die Hydrosphäre versorgt die Atmosphäre mit Wasserdampf; Wasserdampf erzeugt aufgrund der Infrarotabsorption einen erheblichen Treibhauseffekt , Dadurch steigt die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche um etwa 40 °C. Die Hydrosphäre beeinflusst das Klima auf andere Weise. Es speichert im Sommer große Mengen Wärme und gibt sie im Winter nach und nach ab, wodurch saisonale Temperaturschwankungen auf den Kontinenten gemildert werden. Darüber hinaus überträgt es Wärme aus äquatorialen Regionen in gemäßigte und sogar polare Breiten.

Oberflächenwasser spielt eine entscheidende Rolle im Leben unseres Planeten und ist die Hauptquelle der Wasserversorgung, Bewässerung und Wasserversorgung.

Das Vorhandensein der Hydrosphäre spielte eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde. Wir wissen heute, dass das Leben in den Ozeanen begann und Milliarden von Jahren vergingen, bis Land bewohnbar wurde.

3.2 Atmosphäre

Die Atmosphäre ist eine Hülle aus Gas, die die Erde umgibt und mit ihr als Ganzes rotiert. Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Gasen und verschiedenen Verunreinigungen (Staub, Wassertröpfchen, Eiskristalle, Meersalze, Verbrennungsprodukte). Die Konzentration der Gase, aus denen die Atmosphäre besteht, ist nahezu konstant, mit Ausnahme von Wasser (H 2 O) und Kohlendioxid (CO 2). Der Stickstoffgehalt beträgt 78,08 Vol.-%, der Sauerstoffgehalt 20,95 Vol.-% und kleinere Mengen enthalten Argon, Kohlendioxid, Wasserstoff, Helium, Neon und einige andere Gase. Auch der untere Teil der Atmosphäre enthält Wasserdampf (bis zu 3 % in den Tropen); in einer Höhe von 20–25 km gibt es eine Ozonschicht, deren Menge zwar gering, aber eine sehr wichtige Rolle spielt.

Geschichte der Entstehung der Atmosphäre.

Die Atmosphäre wurde hauptsächlich aus Gasen gebildet, die nach der Entstehung des Planeten von der Lithosphäre freigesetzt wurden. Im Laufe von Milliarden von Jahren hat sich die Erdatmosphäre unter dem Einfluss zahlreicher physikalisch-chemischer und biologischer Prozesse erheblich weiterentwickelt: Ausbreitung von Gasen in den Weltraum, vulkanische Aktivität, Dissoziation (Spaltung) von Molekülen infolge der ultravioletten Sonnenstrahlung, chemische Reaktionen zwischen atmosphärischen Bestandteile und Gesteine, Atmung und Stoffwechsel lebender Organismen. Somit unterscheidet sich die moderne Zusammensetzung der Atmosphäre erheblich von der ursprünglichen, die vor 4,5 Milliarden Jahren stattfand, als sich die Kruste bildete. Der gängigsten Theorie zufolge hatte die Erdatmosphäre im Laufe der Zeit vier verschiedene Zusammensetzungen. Ursprünglich bestand es aus leichten Gasen (Wasserstoff und Helium), die aus dem interplanetaren Raum eingefangen wurden. Dies ist die sogenannte Primäratmosphäre (570-200 Millionen Jahre v. Chr.). Im nächsten Schritt führte die aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Wasserdampf). So entstand die Sekundäratmosphäre (vor 200 Millionen Jahren – heute). Diese Atmosphäre war erholsam. Darüber hinaus wurde der Prozess der Atmosphärenbildung durch folgende Faktoren bestimmt:

· ständiger Austritt von Wasserstoff in den interplanetaren Raum;

· chemische Reaktionen, die in der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Blitzentladungen und einigen anderen Faktoren auftreten.

Allmählich führten diese Faktoren zur Bildung einer tertiären Atmosphäre, die durch viel weniger Wasserstoff und viel mehr Stickstoff und Kohlendioxid (entstanden durch chemische Reaktionen aus Ammoniak und Kohlenwasserstoffen) gekennzeichnet ist.

Mit dem Auftauchen lebender Organismen auf der Erde begann sich die Zusammensetzung der Atmosphäre durch Photosynthese, begleitet von der Freisetzung von Sauerstoff und der Aufnahme von Kohlendioxid, zu verändern. Ursprünglich wurde Sauerstoff für die Oxidation reduzierter Verbindungen – Kohlenwasserstoffe, die in den Ozeanen enthaltene Eisenform von Eisen usw. – aufgewendet. Am Ende dieser Phase begann der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre anzusteigen. Allmählich bildete sich eine moderne Atmosphäre mit oxidierenden Eigenschaften.

Während des Phanerozoikums veränderten sich die Zusammensetzung der Atmosphäre und der Sauerstoffgehalt. So überstieg der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre in Zeiten der Kohleanreicherung deutlich das moderne Niveau. In Zeiten intensiver vulkanischer Aktivität kann der Kohlendioxidgehalt angestiegen sein. Seit Kurzem nimmt auch der Mensch Einfluss auf die Entwicklung der Atmosphäre. Das Ergebnis seiner Aktivitäten war ein stetiger deutlicher Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen.

Die Struktur der Atmosphäre.

Die Atmosphäre hat eine geschichtete Struktur. Es gibt die Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre und Thermosphäre. Die Troposphäre macht etwa 80 % der Masse der Atmosphäre aus, die Stratosphäre etwa 20 %; Die Masse der Mesosphäre beträgt nicht mehr als 0,3 %, die Thermosphäre beträgt weniger als 0,05 % der Gesamtmasse der Atmosphäre.

Die Troposphäre ist die untere, am besten untersuchte Schicht der Atmosphäre mit einer Höhe von 8–10 km in den Polarregionen, bis zu 10–12 km in gemäßigten Breiten und 16–18 km am Äquator. Die Troposphäre enthält etwa 80-90 % der Gesamtmasse der Atmosphäre und fast den gesamten Wasserdampf. In der Troposphäre finden physikalische Prozesse statt, die dieses oder jenes Wetter verursachen. Alle Umwandlungen von Wasserdampf finden in der Troposphäre statt. Darin bilden sich Wolken und Niederschläge, es bilden sich Zyklone und Antizyklone, turbulente und konvektive Vermischung ist sehr ausgeprägt.

Über der Troposphäre liegt die Stratosphäre. Die Stratosphäre zeichnet sich durch eine mit der Höhe konstante oder zunehmende Temperatur und außergewöhnlich trockene Luft mit fast keinem Wasserdampf aus. Prozesse in der Stratosphäre haben praktisch keinen Einfluss auf das Wetter. Die Stratosphäre liegt in einer Höhe von 11 bis 50 km. Gekennzeichnet durch eine leichte Temperaturänderung in der 11–25 km langen Schicht (untere Schicht der Stratosphäre) und einen Temperaturanstieg in der 25–40 km langen Schicht von –56,5 auf 0,8 °C (obere Schicht der Stratosphäre). Nachdem die Temperatur in einer Höhe von etwa 40 km einen Wert von etwa 0°C erreicht hat, bleibt sie bis zu einer Höhe von etwa 55 km konstant. Dieser Bereich konstanter Temperatur wird Stratopause genannt und ist die Grenze zwischen Stratosphäre und Mesosphäre. In der Stratosphäre befindet sich die Ozonschicht („Ozonschicht“) (in einer Höhe von 15–20 bis 55–60 km), die die Obergrenze des Lebens in der Biosphäre bestimmt.

Ein wichtiger Bestandteil der Stratosphäre und Mesosphäre ist O 3, das durch photochemische Reaktionen am intensivsten in einer Höhe von ~ 30 km entsteht. Die Gesamtmasse von O 3 würde bei Normaldruck einer Schicht von 1,7 bis 4,0 mm Dicke entsprechen, aber das reicht aus, um die lebenszerstörende UV-Strahlung der Sonne zu absorbieren.

Die nächste Schicht über der Stratosphäre ist die Mesosphäre. Die Mesosphäre beginnt in einer Höhe von 50 km und erstreckt sich bis 80-90 km. In einer Höhe von 75–85 km sinkt die Lufttemperatur auf −88 °C. Die obere Grenze der Mesosphäre ist die Mesopause, in der sich das Temperaturminimum befindet; darüber beginnt die Temperatur wieder anzusteigen. Als nächstes beginnt eine neue Schicht, die Thermosphäre genannt wird. Dort steigt die Temperatur schnell an und erreicht in einer Höhe von 400 km 1000–2000 °C. Oberhalb von 400 km ändert sich die Temperatur kaum noch mit der Höhe. Temperatur und Luftdichte hängen stark von der Tages- und Jahreszeit sowie der Sonnenaktivität ab. In den Jahren maximaler Sonnenaktivität sind Temperatur und Luftdichte in der Thermosphäre deutlich höher als in Jahren minimaler Sonnenaktivität.

Als nächstes kommt die Exosphäre. Das Gas in der Exosphäre ist sehr verdünnt und von hier aus entweichen seine Partikel in den interplanetaren Raum (Dissipation). Anschließend gelangt die Exosphäre nach und nach in das sogenannte raumnahe Vakuum, das mit hochverdünnten Teilchen interplanetaren Gases, hauptsächlich Wasserstoffatomen, gefüllt ist. Doch dieses Gas stellt nur einen Teil der interplanetaren Materie dar. Der andere Teil besteht aus Staubpartikeln kometen- und meteorischen Ursprungs. In diesen Raum dringt neben extrem verdünnten Staubpartikeln auch elektromagnetische und korpuskuläre Strahlung solaren und galaktischen Ursprungs ein.

Die Bedeutung von Atmosphäre.

Die Atmosphäre versorgt uns mit dem zum Atmen notwendigen Sauerstoff. Bereits in einer Höhe von 5 km über dem Meeresspiegel kommt es bei einem untrainierten Menschen zu Sauerstoffmangel und ohne Anpassung nimmt die Leistungsfähigkeit deutlich ab. Hier endet die physiologische Zone der Atmosphäre.

Dichte Luftschichten – die Troposphäre und die Stratosphäre – schützen uns vor den schädlichen Auswirkungen der Strahlung. Bei ausreichender Luftverdünnung hat ionisierende Strahlung – die primäre kosmische Strahlung – in Höhen über 36 km eine intensive Wirkung auf den Körper; In Höhen über 40 km ist der ultraviolette Teil des Sonnenspektrums für den Menschen gefährlich.

Ozon befindet sich in der oberen Atmosphäre und dient als eine Art Schutzschild, das uns vor den Auswirkungen der ultravioletten Strahlung der Sonne schützt. Ohne diesen Schutzschild wäre die Entwicklung des Lebens an Land in seinen modernen Formen kaum möglich gewesen.

Abschluss

Der Planet Erde entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren und durchlief mehrere Evolutionsstadien. Während dieser Zeiträume veränderte sich die Oberfläche des Planeten ständig: Die Topographie des Planeten bildete sich, eine Wasserhülle – die Hydrosphäre – und eine Gashülle – die Atmosphäre – entstanden. Die Entstehung der Hydrosphäre und der Atmosphäre war der Beginn der Entstehung des Lebens auf dem Planeten. Auf diese Weise entstanden die ersten lebenden Organismen in der aquatischen Umwelt, und das Aussehen der Atmosphäre trug zu ihrer Entstehung an Land bei. Und heute kommt es auf der Erde ständig zu Erdbeben und Vulkanausbrüchen; die Erdoberfläche wird nicht nur durch innere, sondern auch durch äußere Prozesse (Erosion unter dem Einfluss von Wind, Wasser, Gletschern etc.) ständig beeinflusst, auch durch menschliche Aktivitäten eine enorme Auswirkung – dies deutet darauf hin, dass sich unser Planet weiter entwickelt und sich in einigen tausend Jahren oder länger sein Aussehen und sein Zustand erheblich ändern können.

Referenzliste

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Einführung

Diese Arbeit behandelt das Thema „Hydrosphäre und Erdatmosphäre“.

Die flüssige Hülle der Erde, die 70,8 % ihrer Oberfläche bedeckt, wird Hydrosphäre genannt. Die wichtigsten Wasserreservoirs sind die Ozeane. Sie enthalten 97 % der weltweiten Wasserreserven. Die in den Ozeanen vorhandenen Strömungen übertragen Wärme von den Äquatorregionen in die Polarregionen und regulieren dadurch gewissermaßen das Klima der Erde. So führt der Golfstrom, der von der Küste Mexikos ausgeht und warmes Wasser bis zur Küste Spitzbergens transportiert, dazu, dass die Durchschnittstemperatur Nordwesteuropas deutlich höher ist als die Temperatur Nordostkanadas.

Nach modernen Vorstellungen spielte das Vorhandensein großer Gewässer auf der Erde eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Lebens auf unserem Planeten. Ein Teil des Wassers auf der Erde, mit einem Gesamtvolumen von etwa 24 Millionen km 3, befindet sich in festem Zustand, in Form von Eis und Schnee. Eis bedeckt etwa 3 % der Erdoberfläche. Würde dieses Wasser in einen flüssigen Zustand überführt, würde der Pegel der Weltmeere um 62 Meter ansteigen. Jedes Jahr sind etwa 14 % der Erdoberfläche mit Schnee bedeckt. Schnee und Eis reflektieren 45 bis 95 % der Energie der Sonnenstrahlen, was letztlich zu einer deutlichen Abkühlung großer Teile der Erdoberfläche führt. Es wird berechnet, dass, wenn die gesamte Erde mit Schnee bedeckt wäre, die durchschnittliche Temperatur auf ihrer Oberfläche von derzeit +15 °C auf 88 °C sinken würde.

Die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche ist 40 °C höher als die Temperatur, die die Erde haben sollte, wenn sie von der Sonne beleuchtet wird. Dabei handelt es sich wiederum um Wasser, genauer gesagt um Wasserdampf. Tatsache ist, dass die von der Erdoberfläche reflektierten Sonnenstrahlen vom Wasserdampf absorbiert und zur Erde zurückgeworfen werden. Dies wird als Treibhauseffekt bezeichnet.

Die Lufthülle der Erde, die Atmosphäre, ist bereits ausreichend detailliert untersucht. Die Dichte der Atmosphäre an der Erdoberfläche beträgt 1,22 10 -3 g/cm 3 . Wenn wir über die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre sprechen, ist Stickstoff der Hauptbestandteil; sein Gewichtsanteil beträgt 75,53 %. Der Sauerstoffgehalt in der Erdatmosphäre beträgt 23,14 %, von den anderen Gasen ist Argon mit 1,28 % das repräsentativste, Kohlendioxid in der Atmosphäre beträgt nur 0,045 %. Diese atmosphärische Zusammensetzung bleibt bis zu einer Höhe von 100-150 km erhalten. In großen Höhen liegen Stickstoff und Sauerstoff im atomaren Zustand vor. Ab einer Höhe von 800 km überwiegt Helium und ab 1600 km Wasserstoff, was eine Wasserstoff-Geokorona bildet, die sich über eine Entfernung von mehreren Erdradien erstreckt.

Die Atmosphäre schützt alles Leben auf der Erde vor den schädlichen Auswirkungen der ultravioletten Strahlung der Sonne und der kosmischen Strahlung – hochenergetische Teilchen, die sich von allen Seiten mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf sie zubewegen.

Schauen wir uns die Hydrosphäre und Atmosphäre der Erde genauer an.

1. Hydrosphäre

Hydrosphäre(von Hydro... und Sphäre) – eine intermittierende Wasserhülle der Erde, die sich zwischen der Atmosphäre und der festen Kruste (Lithosphäre) befindet und eine Ansammlung von Ozeanen, Meeren und Oberflächengewässern des Landes darstellt. Im weiteren Sinne umfasst die Hydrosphäre auch Grundwasser, Eis und Schnee in der Arktis und Antarktis sowie atmosphärisches Wasser und Wasser, das in lebenden Organismen enthalten ist. Der Großteil des Wassers in der Hydrosphäre ist in den Meeren und Ozeanen konzentriert; den zweiten Platz in Bezug auf das Volumen der Wassermassen nimmt das Grundwasser ein, den dritten Platz Eis und Schnee in den arktischen und antarktischen Regionen. Landoberflächengewässer, atmosphärische und biologisch gebundene Gewässer machen Bruchteile eines Prozents des gesamten Wasservolumens in der Hydrosphäre aus (Abb. 1). Die chemische Zusammensetzung der Hydrosphäre nähert sich der durchschnittlichen Zusammensetzung von Meerwasser.

Oberflächengewässer, die einen relativ geringen Anteil an der Gesamtmasse der Hydrosphäre ausmachen, spielen dennoch eine wichtige Rolle im Leben unseres Planeten, da sie die Hauptquelle der Wasserversorgung, Bewässerung und Wasserversorgung sind. Die Gewässer der Hydrosphäre stehen in ständiger Wechselwirkung mit der Atmosphäre, der Erdkruste und der Biosphäre. Das Zusammenspiel dieser Gewässer und die gegenseitigen Übergänge von einer Wasserart zur anderen bilden einen komplexen Wasserkreislauf auf der Erde. Das Leben auf der Erde entstand zunächst in der Hydrosphäre. Erst zu Beginn des Paläozoikums begann die allmähliche Landwanderung von Tieren und Pflanzenorganismen.

Arten von Gewässern	Name	Volumen, Millionen km 3	Menge im Verhältnis zum Gesamtvolumen der Hydrosphäre, %
Meerwasser
Grundwasser (ohne Bodenwasser).	Ungepflastert
Eis und Schnee (Arktis, Antarktis, Grönland, Gletschergebiete)
Landoberflächengewässer: Seen, Stauseen, Flüsse, Sümpfe, Bodengewässer
Atmosphärisches Wasser	Atmosphärisch
	Biologisch

Reis. 1. Arten von Gewässern der Hydrosphäre

2. Atmosphäre

Atmosphäre Die Erde (von griechisch atmos – Dampf und sphaira – Kugel) ist die Gashülle, die die Erde umgibt. Unter der Atmosphäre versteht man den Bereich um die Erde, in dem das gasförmige Medium zusammen mit der Erde als Ganzes rotiert. Die Masse der Atmosphäre beträgt etwa 5,15-10 15 Tonnen. Die Atmosphäre bietet die Möglichkeit für Leben auf der Erde und hat großen Einfluss auf verschiedene Aspekte des menschlichen Lebens.

Ursprung und Rolle der Atmosphäre

Die Atmosphäre der modernen Erde ist offenbar sekundären Ursprungs und entstand aus Gasen, die nach der Entstehung des Planeten von der festen Hülle der Erde (Lithosphäre) freigesetzt wurden. Im Laufe der geologischen Geschichte der Erde hat sich die Atmosphäre unter dem Einfluss einer Reihe von Faktoren erheblich weiterentwickelt: Ableitung (Verflüchtigung) atmosphärischer Gase in den Weltraum; Freisetzung von Gasen aus der Lithosphäre infolge vulkanischer Aktivität; Dissoziation (Spaltung) von Molekülen unter dem Einfluss der ultravioletten Sonnenstrahlung; chemische Reaktionen zwischen den Bestandteilen der Atmosphäre und den Gesteinen, aus denen die Erdkruste besteht; Akkretion (Einfang) des interplanetaren Mediums (z. B. Meteormaterie). Die Entwicklung der Atmosphäre stand in engem Zusammenhang mit geologischen und geochemischen Prozessen sowie den Aktivitäten lebender Organismen. Atmosphärische Gase wiederum hatten großen Einfluss auf die Entwicklung der Lithosphäre. Beispielsweise sammelte sich eine große Menge Kohlendioxid, das aus der Lithosphäre in die Atmosphäre gelangte, in Karbonatgesteinen an. Luftsauerstoff und Wasser aus der Atmosphäre waren die wichtigsten Einflussfaktoren auf Gesteine. Im Laufe der Erdgeschichte hat die Atmosphäre eine große Rolle bei der Verwitterung gespielt. Dieser Prozess beinhaltete atmosphärische Niederschläge, die Flüsse bildeten, die die Erdoberfläche veränderten. Nicht weniger wichtig war die Aktivität des Windes, der kleine Gesteinsbrocken über weite Strecken transportierte. Temperaturschwankungen und andere atmosphärische Faktoren haben die Zerstörung von Gesteinen maßgeblich beeinflusst. Darüber hinaus schützt die Atmosphäre die Erdoberfläche vor den zerstörerischen Auswirkungen herabfallender Meteoriten, die zumeist beim Eindringen in die dichten Schichten der Atmosphäre verglühen.

Die Aktivität lebender Organismen, die einen starken Einfluss auf die Entwicklung der Atmosphäre hatte, hängt selbst in sehr großem Maße von den atmosphärischen Bedingungen ab. Die Atmosphäre fängt den größten Teil der ultravioletten Strahlung der Sonne ein, was sich nachteilig auf viele Organismen auswirkt. Luftsauerstoff wird bei der Atmung von Tieren und Pflanzen verwendet, atmosphärisches Kohlendioxid wird bei der Pflanzenernährung verwendet. Klimatische Faktoren, insbesondere Wärme- und Befeuchtungsregime, beeinflussen die Gesundheit und die menschliche Aktivität. Die Landwirtschaft ist besonders von den klimatischen Bedingungen abhängig. Menschliche Aktivitäten wiederum haben zunehmend Einfluss auf die Zusammensetzung der Atmosphäre und das Klimaregime.

Die Struktur der Atmosphäre

Zahlreiche Beobachtungen zeigen, dass die Atmosphäre eine klar definierte Schichtstruktur aufweist (Abb. 2). Die Hauptmerkmale der Schichtstruktur der Atmosphäre werden in erster Linie durch die Merkmale der vertikalen Temperaturverteilung bestimmt. Im untersten Teil der Atmosphäre – der Troposphäre, wo eine intensive turbulente Vermischung beobachtet wird – nimmt die Temperatur mit zunehmender Höhe ab, und der vertikale Temperaturabfall beträgt durchschnittlich 6° pro 1 km. Die Höhe der Troposphäre variiert zwischen 8–10 km in polaren Breiten und 16–18 km am Äquator. Aufgrund der Tatsache, dass die Luftdichte mit der Höhe schnell abnimmt, konzentrieren sich etwa 80 % der Gesamtmasse der Atmosphäre in der Troposphäre. Über der Troposphäre befindet sich eine Übergangsschicht – die Tropopause mit einer Temperatur von 190–220 K, über der die Stratosphäre beginnt. Im unteren Teil der Stratosphäre hört der Temperaturabfall mit der Höhe auf und die Temperatur bleibt bis zu einer Höhe von 25 km – der sogenannten – annähernd konstant. isotherme Region (untere Stratosphäre); höher beginnt die Temperatur zu steigen – die Inversionsregion (obere Stratosphäre). Auf der Ebene der Stratopause, die sich in einer Höhe von etwa 55 km befindet, erreicht die Temperatur ein Maximum von ~270 K. Die Schicht der Atmosphäre in Höhen von 55 bis 80 km, in der die Temperatur mit der Höhe wieder abnimmt, wird Mesosphäre genannt. Darüber befindet sich eine Übergangsschicht – die Mesopause, über der sich die Thermosphäre befindet, wo die mit der Höhe zunehmende Temperatur sehr hohe Werte (über 1000 K) erreicht. Noch höher (in Höhen von ~ 1000 km oder mehr) liegt die Exosphäre, von wo aus atmosphärische Gase aufgrund von Dissipation in den Weltraum verteilt werden und wo ein allmählicher Übergang von der Atmosphäre in den interplanetaren Raum stattfindet. Typischerweise werden alle Schichten der Atmosphäre, die sich über der Troposphäre befinden, als obere Schichten bezeichnet, obwohl manchmal auch die Stratosphäre oder ihr unterer Teil als untere Schichten der Atmosphäre bezeichnet wird.

Alle Strukturparameter der Atmosphäre (Temperatur, Druck, Dichte) weisen erhebliche räumlich-zeitliche Variabilität auf (Breitengrad, jährlich, saisonal, täglich usw.). Daher sind die Daten in Abb. 2 spiegeln nur den durchschnittlichen Zustand der Atmosphäre wider.

Die geschichtete Struktur der Atmosphäre weist viele weitere unterschiedliche Erscheinungsformen auf. Die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ist je nach Höhe heterogen. Wenn in Höhen bis zu 90 km, wo es zu einer starken Durchmischung der Atmosphäre kommt, die relative Zusammensetzung der permanenten Bestandteile der Atmosphäre praktisch unverändert bleibt (diese gesamte Dicke der Atmosphäre wird als Homosphäre bezeichnet), dann über 90 km - in der Heterosphäre - unter dem Einfluss der Dissoziation von Molekülen atmosphärischer Gase durch ultraviolette Strahlung der Sonne kommt es zu starken Veränderungen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre mit der Höhe. Typische Merkmale dieses Teils der Atmosphäre sind Ozonschichten und das eigene Leuchten der Atmosphäre. Eine komplexe Schichtstruktur ist charakteristisch für atmosphärisches Aerosol – feste Partikel terrestrischen und kosmischen Ursprungs, die in der Atmosphäre schweben. Die häufigsten Aerosolschichten finden sich unterhalb der Tropopause und in einer Höhe von etwa 20 km. Die vertikale Verteilung von Elektronen und Ionen in der Atmosphäre ist geschichtet, was sich in der Existenz von D-, E- und F-Schichten der Ionosphäre äußert.

Atmosphärische Komposition

Im Gegensatz zur Atmosphäre von Jupiter und Saturn, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht, und der Atmosphäre von Mars und Venus, deren Hauptbestandteil Kohlendioxid ist, besteht die Erdatmosphäre hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff. Die Erdatmosphäre enthält außerdem Argon, Kohlendioxid, Neon und andere konstante und variable Bestandteile. Die relative volumetrische Konzentration permanenter Gase sowie Informationen zu den durchschnittlichen Konzentrationen einer Reihe variabler Komponenten (Kohlendioxid, Methan, Lachgas und einige andere), die sich nur auf die unteren Schichten der Atmosphäre beziehen, sind in Tabelle 1 aufgeführt .

Der wichtigste variable Bestandteil der Atmosphäre ist Wasserdampf. Die räumlich-zeitliche Variabilität seiner Konzentration schwankt stark – an der Erdoberfläche von 3 % in den Tropen bis 2·10 -5 % in der Antarktis. Der Großteil des Wasserdampfs konzentriert sich in der Troposphäre, da seine Konzentration mit der Höhe schnell abnimmt. Der durchschnittliche Wasserdampfgehalt in der vertikalen Säule der Atmosphäre in gemäßigten Breiten beträgt etwa 1,6–1,7 cm der „Schicht aus niedergeschlagenem Wasser“ (das ist die Dicke der Schicht aus kondensiertem Wasserdampf). Angaben zum Wasserdampfgehalt in der Stratosphäre sind widersprüchlich. Beispielsweise wurde angenommen, dass im Höhenbereich von 20 bis 30 km die spezifische Luftfeuchtigkeit mit der Höhe stark zunimmt. Spätere Messungen deuten jedoch auf eine größere Trockenheit der Stratosphäre hin. Offenbar ist die spezifische Luftfeuchtigkeit in der Stratosphäre wenig höhenabhängig und beträgt 2-4 mg/kg.

Tabelle 1. Chemische Zusammensetzung trockener atmosphärischer Luft in der Nähe der Erdoberfläche

Die Variabilität des Wasserdampfgehalts in der Troposphäre wird durch das Zusammenspiel der Prozesse Verdunstung, Kondensation und horizontalen Transport bestimmt. Durch die Kondensation von Wasserdampf bilden sich Wolken und atmosphärische Niederschläge fallen in Form von Regen, Hagel und Schnee. Die Prozesse der Phasenübergänge von Wasser finden überwiegend in der Troposphäre statt. Deshalb werden Wolken in der Stratosphäre (in Höhen von 20–30 km) und Mesosphäre (in der Nähe der Mesopause), sogenannte Perlmutt- und Nachtwolken, relativ selten beobachtet, während troposphärische Wolken normalerweise etwa 50 % der gesamten Erdoberfläche bedecken.

Ozon beeinflusst atmosphärische Prozesse, insbesondere das thermische Regime der Stratosphäre. Es konzentriert sich hauptsächlich in der Stratosphäre und verursacht dort die Absorption der ultravioletten Sonnenstrahlung, die den Hauptfaktor für die Erwärmung der Luft in der Stratosphäre darstellt. Die durchschnittlichen monatlichen Werte des gesamten Ozongehalts variieren je nach Breitengrad und Jahreszeit im Bereich von 0,23 bis 0,52 cm (dies ist die Dicke der Ozonschicht bei Bodendruck und Temperatur). Der Ozongehalt nimmt vom Äquator zum Pol zu und verläuft jährlich mit einem Minimum im Herbst und einem Maximum im Frühjahr.

Ein wesentlicher variabler Bestandteil der Atmosphäre ist Kohlendioxid, dessen Variabilität mit dem Leben der Pflanzen (Photosyntheseprozesse), der industriellen Verschmutzung und der Löslichkeit im Meerwasser (Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre) zusammenhängt. Typischerweise sind die Veränderungen des Kohlendioxidgehalts gering, können aber manchmal spürbare Werte erreichen. In den letzten Jahrzehnten kam es aufgrund der industriellen Umweltverschmutzung zu einem Anstieg des Kohlendioxidgehalts, der sich aufgrund des durch Kohlendioxid verursachten Treibhauseffekts auf das Klima auswirken kann. Es wird angenommen, dass die Kohlendioxidkonzentration im Durchschnitt über die gesamte Dicke der Homosphäre unverändert bleibt. Oberhalb von 100 km beginnt seine Dissoziation unter dem Einfluss ultravioletter Sonnenstrahlung mit Wellenlängen kürzer als 1690 A.

Eine der optisch aktivsten Komponenten ist atmosphärisches Aerosol – in der Luft schwebende Partikel mit einer Größe von mehreren nm bis zu mehreren zehn Mikrometern, die bei der Kondensation von Wasserdampf entstehen und infolge industrieller Verschmutzung von der Erdoberfläche in die Atmosphäre gelangen. Vulkanausbrüche und auch aus dem Weltraum. Aerosol wird sowohl in der Troposphäre als auch in der oberen Atmosphäre beobachtet. Die Aerosolkonzentration nimmt mit der Höhe schnell ab, diese Schwankung wird jedoch von zahlreichen Sekundärmaxima überlagert, die mit der Existenz von Aerosolschichten verbunden sind.

Abschluss

Hydrosphäre Atmosphäre Erdhülle

Jeder von uns weiß aus Naturgeschichte und Geographie, dass wir auf dem Grund des Luftozeans – der Atmosphäre – leben.

Die obersten Schalen der Erde – die Hydrosphäre und die Atmosphäre – unterscheiden sich deutlich von den anderen Schalen, die den festen Körper des Planeten bilden. Von der Masse her ist dies ein sehr kleiner Teil des Globus, nicht mehr als 0,025 % seiner Gesamtmasse. Aber die Bedeutung dieser Muscheln für das Leben des Planeten ist enorm. Die Hydrosphäre und die Atmosphäre entstanden früh in der Entstehung des Planeten. Hydrosphäre und Atmosphäre sind die Haupthüllen der Biosphäre.

Die Biosphäre nimmt in der Gemeinschaft der Erdhüllen einen besonderen Platz ein. Es bedeckt die obere Schicht der Lithosphäre, fast die gesamte Hydrosphäre und die unteren Schichten der Atmosphäre. Unter Biosphäre wurde die Gesamtheit der auf der Oberfläche des Planeten lebenden Materie und ihres Lebensraums verstanden. Die Bedeutung dieses Systems geht über die rein irdische Welt hinaus, es stellt eine Verbindung auf kosmischer Ebene dar.

Die Erdatmosphäre unterscheidet sich grundlegend von den Atmosphären anderer Planeten: Sie hat einen geringen Gehalt an Kohlendioxid, einen hohen Gehalt an molekularem Sauerstoff und einen relativ hohen Gehalt an Wasserdampf. Zwei Gründe führen zur Isolation der Erdatmosphäre: Das Wasser der Ozeane und Meere nimmt Kohlendioxid gut auf und die Biosphäre sättigt die Atmosphäre mit molekularem Sauerstoff, der bei der Photosynthese der Pflanzen entsteht. Berechnungen zeigen, dass die Zusammensetzung der Erdatmosphäre in ihren Grundzügen ähnlich werden würde, wenn wir das gesamte in den Ozeanen aufgenommene und gebundene Kohlendioxid freisetzen und gleichzeitig den gesamten durch das Leben der Pflanzen angesammelten Sauerstoff aus der Atmosphäre entfernen würden die Zusammensetzung der Atmosphären von Venus und Mars.

Die Atmosphäre besteht aus mehreren Schichten. Die unterste Schicht ist die Troposphäre. Über verschiedenen Breitengraden der Erde ist seine Dicke unterschiedlich. Oberhalb der Troposphäre befindet sich eine Tropopause mit konstant niedriger Temperatur. Darüber befindet sich die Stratosphäre bis zu einer Höhe von 50 Kilometern. Mesosphäre 55-80 Kilometer. Thermosphäre 80-1000 Kilometer. Die Exosphäre beträgt 1000-2000 Kilometer. In einer Höhe von 20.000 Kilometern wurden Spuren von Gasen gefunden. Über 600 Kilometer überwiegt Helium, über 1.600 Kilometer überwiegt Wasserstoff.

In der Erdatmosphäre bildet gesättigter Wasserdampf eine Wolkenschicht, die einen erheblichen Teil des Planeten bedeckt. Die Wolken der Erde sind ein wichtiges Element im Wasserkreislauf, der auf unserem Planeten im System Hydrosphäre – Atmosphäre – Land stattfindet.

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1. Ursprung der Hydrosphäre und Geschichte der Meeresgewässer

Weltozean als Hauptbestandteil der Hydrosphäre einnimmt 361 Millionen km 2 (ungefähr 71 % der Erdoberfläche) und verfügt über ein riesiges Wasservolumen (1,37 Millionen km 3 ), was ist 94 % des Volumens der gesamten Hydrosphäre Erde. IN im Ozean beträgt die Salzmasse 4,8-10 18 T. In jedem Liter ist Meerwasser gelöst durchschnittlich 35 g Salze. 97 % des Salzgehalts des Meerwassers ist darauf zurückzuführen 4 Ionen: Chlorid (55,2 %), Natrium (30,4 %), Sulfat (7,7 %) und Magnesium (3,7 %). Im Allgemeinen enthält Meerwasser etwa 80 chemische Elemente, aber nur 12 davon haben eine Konzentration von mehr als 1 Million -1 (Chlor, Natrium, Magnesium, Schwefel, Kalzium, Kalium, Brom, Kohlenstoff, Strontium, Bor, Silizium, Fluor). ).

Der Weltozean entstand vor mehr als einer Milliarde Jahren auf unserem Planeten und durchlief eine komplexe Entwicklung. Seine Geschichte der letzten 150 Millionen Jahre wurde im Zusammenhang mit Tiefseebohrungen genauer untersucht.

URSPRUNG DER HYDROSPHÄRE. Die Geschichte des Wassers ist mit der Geschichte der flüchtigen Stoffe verbunden. Nach modernen Vorstellungen Wasserdampf und Gase der Primäratmosphäre befanden sich einst im Erdinneren und gelangte durch innere Erwärmung mit den schmelzbarsten Substanzen des Erdmantels im Prozess vulkanischer und magmatischer Aktivität an seine Oberfläche. Lange Zeit glaubte man, dass die zunächst geschmolzene Erde in den frühen Stadien ihrer Entwicklung von einer starken Atmosphäre mit Wasserdampf umhüllt war und der Dampf beim anschließenden Abkühlen zu flüssigem Wasser kondensierte, während er zunächst frisch war. Durch die Entfernung gelöster Stoffe von der Oberfläche der Kontinente wurde das Meerwasser später salziger und mineralisierter. Doch solche damals sehr populären Vorstellungen über die Entstehung der Hydrosphäre widersprechen den neuesten gewonnenen Daten.

Da Wasser zu den flüchtigen Stoffen auf unserem Planeten gehört, ist seine Geschichte natürlich mit dem Schicksal anderer flüchtiger Stoffe verbunden. Wenn wir die Menge an flüchtigen Stoffen in den oberen Geosphären der Erde mit der Menge vergleichen, die bei der Verwitterung und Verarbeitung von Gesteinen der Erdkruste freigesetzt werden könnte, erhalten wir einen großen Unterschied, der als Überschuss an flüchtigen Stoffen bezeichnet wird. Der Überschuss an flüchtigen Stoffen in einzelnen Komponenten ist zehn- und sogar hundertmal größer als die Menge, die durch Verwitterung des Grundgesteins der Lithosphäre entsteht. Beispielsweise beträgt der Überschuss an flüchtigem Kohlendioxid das 83-fache und an Chlor das 60-fache dessen, was aus der primären Erdkruste während ihrer Verwitterung und Verarbeitung hätte entstehen können.

Die durchgeführten Berechnungen belegen dies überzeugend Erdgase der Tiefe Die Erden spielten eine äußerst wichtige Rolle bei der Bildung der oberen Hüllen unseres Planeten. Diese Rolle wird immer noch gesehen Dies wird deutlicher, wenn wir die Zusammensetzung überschüssiger flüchtiger Stoffe mit der Zusammensetzung von Gasen aus Vulkanen und magmatischen Gesteinen vergleichen. Ein Vergleich der entsprechenden geochemischen Daten legt nahe, dass die Zusammensetzung der überschüssigen flüchtigen Stoffe im Allgemeinen der Zusammensetzung vulkanischer Gase ähnelt, die aus dem Erdmantel entstehen und freigesetzt werden. Dies bedeutet, dass die Entstehung des Wassers des Weltozeans und der atmosphärischen Gase mit den Entgasungsprozessen des Erdmantels zusammenhängt .

So entstand der Ozean aus den Dämpfen des Mantelmaterials, die zusammen mit den Ergüssen der Hauptlaven auf die Oberfläche der Primärerde freigesetzt wurden.

GESCHICHTE DER MEERESGEWÄSSER. Vulkanische und intrusive Gesteine ​​machen mindestens 90 % der modernen Erdkruste aus, und tiefer als 10–30 km besteht die obere Erdhülle vollständig aus magmatischem Material, das aus noch größeren Tiefen stammt.

Derzeit gibt es auf unserem Planeten etwa 800 aktive Vulkane, die auf seismische Gürtel beschränkt sind. In der jüngeren Vergangenheit war die vulkanische Aktivität intensiver. Laut G. Menard gibt es allein auf dem Grund des Pazifischen Ozeans etwa 10.000 vulkanische Unterwasserberge (mehr als 1 km hoch), auf dem Grund des Atlantischen Ozeans etwa 4.000 Vulkane usw. Statistischen Berechnungen zufolge wurde dies festgestellt In den letzten 180 Millionen Jahren wurden jährlich durchschnittlich 30 km an die Erdoberfläche befördert 3 vulkanisches Material. Darüber hinaus sammelten sich etwa 75 % des Vulkangesteins am Grund der Ozeane, 20 % auf Inseln in den Übergangszonen von Ozean zu Kontinenten und nur 5 % an Land. Wenn wir bedenken, dass die Ozeane 71 % der Erdoberfläche einnehmen, ist es nicht schwer zu berechnen, dass etwa drei Viertel des Vulkangesteins Basaltschichten sind, die unter den Ozeanen liegen.

Direkten Beobachtungen und Berechnungen zufolge liegt die Menge an Wasser (in Form von Dampf), die bei bekannten Vulkanausbrüchen von Basalten freigesetzt wird, normalerweise zwischen 3 und 5 %, in einigen Fällen sogar bis zu 8 %, bezogen auf die Masse der ausgebrochenen Gesteine.

Alle diese Daten lassen die Aussage zu, dass die Ausschüttung von Basalten immer durchschnittlich 7 % des Jungwassers in Form von Wasserdampf durch Entgasung an die Erdoberfläche brachte. Auch verschiedene Gase gelangten (in den ersten Stadien ihrer Entwicklung) aus ihren Tiefen an die Erdoberfläche – CH 4, CO, CO 2, H 3 BO 3, NH 3, S, H 2 S, HC1, HF und eine kleine Menge Inertgase. Unter den vulkanischen Gasen, die die primäre Atmosphäre und Hydrosphäre bildeten, standen Wasserdampf und Kohlendioxid an erster Stelle. Wenn die Oberflächentemperatur der neugeborenen Erde 100 °C überstieg, bildete Wasser in dampfförmigem Zustand für einige Zeit die Atmosphäre. Als die Temperatur unter 100 °C sank, was wahrscheinlich in den Polarregionen der Fall war, begann die Kondensation von Wasser und die Bildung von Primärreservoirs. Die Bedingungen auf der Planetenoberfläche begannen, der Breitenzoneneinteilung zu gehorchen. Auf der Erdoberfläche begann der Wasserkreislauf, der zum Abtransport zahlreicher chemischer Elemente von der Oberfläche der Primärlandgebiete in die entstehenden Stauseen führte.

Die ersten Teile des vulkanischen Wassers auf der Erdoberfläche waren sauer . Sie zeichneten sich durch das Vorhandensein derjenigen Anionen aus, die noch im Meerwasser vorhanden sind, mit Ausnahme des SO 4 2-Ions, das später aufgrund der Schaffung einer oxidierenden Umgebung in der Biosphäre auftauchte. Dies bedeutet, dass es das erste kondensierte Wasser auf der Erde gab wurden mineralisiert, und das eigentliche Süßwasser der Hydrosphäre entstand etwas später durch Verdunstung von der Oberfläche von Stauseen.

Die starken Säuren, die Teil des Jungwassers waren, zerstörten intensiv die primären Alumosilikatgesteine ​​und entzogen ihnen Alkali- und Erdalkalielemente sowie zweiwertige Kationen – Eisen und Mangan. Die Landoberfläche wurde durch sauren Regen gewaschen und war der Ort der Hydrolyse und Hydratation der entsprechenden Mineralien. Die gleichen Prozesse, jedoch in etwas anderem Ausmaß, fanden am Boden von Stauseen statt, wo die ersten Verwitterungsprodukte transportiert wurden. Während des Wasserkreislaufs wurden die Kationen Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ aus der Lithosphäre entfernt und ein erheblicher Teil davon begann im Ozean zu verweilen. Diesbezüglich kann davon ausgegangen werden Die meisten Kationen im Meerwasser entstanden als Produkt der Verwitterung der primären Lithosphäre .

Bei der Rekonstruktion der Entwicklung der Hydrosphäre ist die dynamische Natur der gesamten Wasserhülle der Erde als Ganzes zu beachten. Unter modernen Bedingungen entspricht die Menge des am Kreislauf beteiligten verdunsteten Wassers innerhalb von 3000 Jahren der Wassermasse im Weltmeer, und innerhalb von 9 Millionen Jahren verarbeitet der Prozess der Photosynthese eine Wassermasse, die dem gesamten Ozean entspricht. Im Verlauf des Wasserkreislaufs in der Biosphäre kommt es innerhalb spezifischer Ansammlungen (Stauseen, Gletscher, Flüsse, Grundwasser) zu einem Austausch seiner Bestandteile in unterschiedlicher Intensität. Wie bereits erwähnt, findet die niedrigste Aktivität des Wasseraustauschs in der Hydrosphäre auf Gletschern statt (8000 Jahre), und die höchste Aktivität nach der Luftfeuchtigkeit ist durch Flusswasser gekennzeichnet, das sich im Durchschnitt alle 11 Tage ändert.

Die Atmosphäre entstand in den Anfangsperioden der Bildung der Erdkruste. Für seine Entstehung gibt es zwei Hypothesen. Im ersten Fall wird die Atmosphäre als Ableitung des Urmaterials betrachtet, das von den vereinfachten Flüssigkeiten übrig geblieben ist, die einst die geschmolzene Erde umrahmten. Nach der zweiten Hypothese wird die Atmosphäre als sekundäre Formation betrachtet, die bei der Freisetzung freier chemischer Elemente und Verbindungen aus Lava, die auf die Erdoberfläche ausbrach, entstand. Dank dieser Lava entstand die primäre Erdkruste. Die meisten Wissenschaftler halten an der zweiten Hypothese des Ursprungs der Atmosphäre fest und gehen davon aus, dass sonst die Primäratmosphäre im Frühstadium der Erdentwicklung relativ schnell verloren gegangen wäre.

Daher können wir bedingt davon ausgehen, dass die Quelle der Substanzen, aus denen die Primäratmosphäre bestand, die Schmelzprodukte von Gesteinen in der Erdkruste, im Erdmantel und im Erdkern waren. Es wird angenommen, dass sie sauerstofffrei war. Der führende amerikanische Geochemiker G. Ury vertrat die Meinung, dass die Atmosphäre aus einer Mischung aus Wasserdampf, Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff bestehen könnte. Der englische Geochemiker P. Cloud glaubt, dass die frühe Atmosphäre von Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickstoff, Chlorwasserstoff, Wasserstoff und Schwefel dominiert wurde. Folglich bestand die Atmosphäre nur aus flüchtigen und leichten gasförmigen Stoffen, die zur Zeit der Erdentstehung Bestandteil fester Stoffe waren. Freies Wasser existierte nicht; es war in Hydroxiden gebunden, Stickstoff in Nitriden und möglicherweise Nitriten, Sauerstoff in Metalloxiden, Kohlenstoff in Karbiden und Karbonatiten usw.

Die Zunahme der Dicke der Atmosphäre und die Entstehung der Hydrosphäre werden durch die Freisetzung von Wasserdampf und Gasen aus den Gesteinen des oberen Erdmantels bei intensiven vulkanischen Prozessen erklärt. Tatsächlich enthalten die bei Ausbrüchen moderner Vulkane freigesetzten Gase große Mengen Wasserdampf. Beispielsweise enthalten die Gase bei Ausbrüchen hawaiianischer Vulkane* mit einer Temperatur von 1000–1200 °C etwa 80 % Wasser und weniger als 6 % Kohlendioxid. Außerdem gibt es erhebliche Mengen an Chlor (40 %), Methan (bis zu 3–5 %) und Ammoniak. Aus Lava bei hohen Temperaturen werden neben Wasserdampf auch Verbindungen wie Bor-, Salz- und Fluorsäure, Schwefelwasserstoff etc. freigesetzt.

* (Vulkane hawaiianischen Typs zeichnen sich durch das Ausströmen von basaltischem, mobilem Magma aus, das arm an Gasen ist; Die Aushärtung erfolgt langsam.)

Basierend auf der chemischen Analyse von Gasblasen in Quarziten aus der katarchischen und archaischen Zeit versuchte der sowjetische Lithologe Yu. P. Kazansky, die Zusammensetzung der antiken Atmosphäre zu bestimmen. Seiner Meinung nach hatte die Atmosphäre im Archäischen und Katharischen Zeitalter eine Stickstoff-Ammonium-Kohlendioxid-Zusammensetzung. Neben dem vorherrschenden Kohlendioxid (bis zu 60 %) enthielt es Stickstoff, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Schwefelgas, Dämpfe von Salz- und Flusssäure. Die Primäratmosphäre war recht verdünnt, ihre Temperatur an der Erdoberfläche unterschied sich kaum von der Temperatur des sogenannten Strahlungsgleichgewichts*. Die relativ niedrige Temperatur förderte die Kondensation von Wasserdampf aus vulkanischen Gasen. So wurde Wasserdampf flüssig, was, wenn es tiefe Bereiche einnahm, zur Bildung der Hydrosphäre führte.

* (Die Stwird durch das Verhältnis der Größe des von der Oberfläche absorbierten solaren Wärmestroms zur Größe des Flusses der von der Erdoberfläche ausgehenden (reflektierten) Strahlung bestimmt. Letztere ist proportional zur vierten Potenz der Temperatur dieser Oberfläche.)

Ein Beweis für das Vorhandensein der Hydrosphäre nicht nur im Archaikum, sondern auch im Catarchäischen Meer ist die Entdeckung der ältesten Sedimentgesteine ​​in Grönland und Südafrika auf der Erde, deren Alter auf 3,8 Milliarden Jahre geschätzt wird. Darüber hinaus ist zu beachten, dass dieses Zeitalter der Metamorphose und damit auch der Zeitpunkt ihrer Entstehung noch früher liegen sollte.

Bei der Beschreibung der Zusammensetzung des Primärozeans ist es notwendig, auf zwei Quellen für die Versorgung gelöster Verbindungen einzugehen. Dabei handelt es sich einerseits um in Wasser gelöste atmosphärische Gase, andererseits um Salze und Verbindungen, die Teil von Gesteinen sind, die auf der Erdoberfläche innerhalb der alten Primärkontinente freiliegen. Kohle und andere Säuren, Schwefel, Schwefelwasserstoff und Ammoniak, die aus der Atmosphäre in das Meerwasser gelangten, führten zu dem hohen Säuregehalt des alten Meerwassers. Die hohe Aggressivität natürlicher Gewässer trug zur intensiven Zersetzung des an der Erdoberfläche freigelegten Vulkangesteins und zur verstärkten Extraktion von Alkalien und Erdalkalielementen und -verbindungen aus diesen bei. Im Laufe der Zeit nahm deren Anteil zu, gleichzeitig nahm der Säuregehalt des Meerwassers ab und es stellte sich relativ schnell ein Säure-Basen-Gleichgewicht ein.

„Alle Meerwasseranionen entstanden durch die Entgasung des Mantels, also die Entfernung von Gasen aus ihm, und Kationen – während der Verwitterung von Gesteinen“, lautet eine der Hauptthesen des berühmten Geochemikers und Akademikers A.P. Vinogradov. Tatsächlich ist der Gehalt an Anionen wie Chlor und Brom im Meerwasser zehn- und hundertmal höher als in Gesteinen. Daher konnten sie nur durch Entgasung des Erdmantels entstehen. Auf dieser Grundlage kann davon ausgegangen werden, dass der Salzgehalt des Primärozeans nahe am heutigen gelegen haben dürfte, obwohl der Gehalt an Kationen sehr unterschiedlich sein könnte und sich erst mit zunehmender Zerstörung und Auflösung der Gesteine ​​der Primärkontinente dem modernen annäherte.

Das Fehlen von Sauerstoff in der antiken Atmosphäre und im Ozean wird durch das Vorhandensein großer Mengen nicht nur in magmatischen, sondern auch in Sedimentgesteinen von Elementen und Verbindungen belegt, die keiner Oxidation unterzogen wurden. Beispielsweise enthalten Karbonatgesteine ​​aus der Katarzeit viele unveränderte Pyrit- und Uraninitkörner und keinen oxidierten Schwefel. Alle diese Gesteine ​​zeichnen sich durch ein großes Verhältnis von Eisen zu Eisenoxid aus.

Da es in der Atmosphäre lange Zeit keinen freien Sauerstoff gab, gab es keinen Ozonschutz. Die Atmosphäre lässt die ultraviolette Strahlung der Sonne leicht durch. Unter solchen Bedingungen kann von der Existenz lebender Organismen an Land keine Rede sein. Unter dem Einfluss ultravioletter Strahlung begannen sich in den Gewässern der Meere und Ozeane komplexe organische Verbindungen zu bilden, darunter Aminosäuren. Dies könnte durch die relativ hohe Temperatur der Erdoberfläche erleichtert worden sein, da die Sättigung der Atmosphäre mit Kohlendioxid zur Verzögerung der Wärmestrahlung beitrug.

Bei der Oxidation von Ammoniak wurde zunächst freier Sauerstoff verbraucht und dabei freier Stickstoff freigesetzt. Methan und Kohlenmonoxid wurden zu Kohlendioxid oxidiert, das größtenteils ins Meer gelangte. Schwefel und Schwefelwasserstoff wurden zu Schwefeldioxid und Schwefelsäureanhydrit oxidiert. Karbonat- und Sulfat-Karbonat-Sedimente lagerten sich im Ozean ab und Meerwasser wurde zu Chlorid-Karbonat-Sulfat.

Die Entstehung der Hydrosphäre und Atmosphäre war ein sehr wichtiger qualitativer Meilenstein in der Erdgeschichte. Ihre Entwicklung verkomplizierte und differenzierte die in der antiken geografischen Hülle ablaufenden Prozesse. Durch den Austausch von Energie und Stoffen sind Erdkruste, Hydrosphäre und Atmosphäre komplexe Beziehungen eingegangen. Prozesse der Gesteinsumwandlung auf der Erdoberfläche fanden aktiv statt. In einer sauerstofffreien Atmosphäre verlief der Verwitterungsprozess auf einzigartige Weise in einer Umgebung mit erhöhten Temperaturen und einem hohen Säuregehalt der natürlichen Gewässer und der Atmosphäre.

Erst im frühen Proterozoikum, so Yu. P. Kazansky, wurde die Atmosphäre zu Sauerstoff-Stickstoff-Kohlendioxid. Dies wird durch das Vorhandensein nicht nur dicker Schichten von Jaspiliten, d. h. Gesteinen aus Quarz und Eisenoxid – Hämatit, sondern auch verschiedener roter Gesteine, deren pigmentierende Substanz aus Eisenoxid besteht, bestätigt. Diese Gesteine ​​könnten sich nur bilden, wenn in der Atmosphäre freier Sauerstoff vorhanden wäre. Allerdings existierten im Proterozoikum neben oxidierenden Bedingungen auch reduzierende Bedingungen.

Die wichtigsten atmosphärischen Gase waren Kohlendioxid, Ammoniak, Stickstoff und Begleitgase waren Sauerstoff, Schwefelsäureanhydrit, Schwefelwasserstoff, Dämpfe von Salz- und Flusssäure sowie Methan. Im Vergleich zum Archaikum nahm die Gesamtsäuremenge stark ab. Während des gesamten Proterozoikums herrschte ein Abwärtstrend bei Säuredämpfen, Methan, Schwefelverbindungen und Ammoniak. Gleichzeitig nahm die Gesamtstickstoffmenge in der Atmosphäre weiter zu.

Es gibt einen anderen Standpunkt bezüglich des Auftretens von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre. Nach den Berechnungen von L. Berkner und J. Marshall betrug sein Gehalt in der Atmosphäre ein Tausendstel des heutigen Niveaus (der sogenannte Jury-Punkt), das vor etwa 1,2 Milliarden Jahren, also in der Mitte des Ripheums, erreicht wurde. Viele paläontologische und geochemische Materialien stimmen gut mit dieser Schlussfolgerung überein.

Das Vorhandensein von freiem Sauerstoff, selbst in geringen Mengen, begünstigte die Entstehung sauerstoffverbrauchender Organismen, deren Überreste in Gesteinen des Proterozoikums gefunden wurden.

Das kritische Niveau des Gehalts an freiem Sauerstoff in biologischer Hinsicht ist der sogenannte Pasteur-Punkt, als die Sauerstoffmenge in der Atmosphäre ein Hundertstel des heutigen Werts betrug und Organismen anstelle der anaeroben Fermentation begannen, einen effizienteren Energieverbrauch zu nutzen – Oxidation während der Atmung. Nach Berechnungen von L. Berkner und L. Marshall wurde dieser Wert vor etwa 600 Millionen Jahren erreicht. Zu dieser Zeit kam es zu einer ökologischen Explosion – einer massiven Ausbreitung von Tieren fast aller derzeit bekannten Arten.

Die Menge an Kohlendioxid steht in engem Zusammenhang mit Veränderungen des Sauerstoffgehalts in der antiken Atmosphäre. Kohlendioxid gelangte als Produkt der Mantelentgasung in die Atmosphäre und dann in die Hydrosphäre. Es entstand durch die Wechselwirkung von Granit mit Wasser bei hohen Temperaturen, durch die Zersetzung von Karbiden, durch die Hochtemperaturdissoziation von Karbonatiten sowie durch die Oxidation von Methan und vor allem als Produkt, das bei Vulkanausbrüchen freigesetzt wird.

Kohlendioxid wurde aus der Atmosphäre und der Hydrosphäre durch chemische Reaktionen (Bildung von Karbonaten) oder biologisch entfernt, wobei große Mengen davon für die Bildung der Skelette von Organismen aufgewendet wurden.

Daher ist über Karbonatgesteine ​​im Catarchäischen und Archäischen Zeitalter nur sehr wenig bekannt. Erst im frühen Proterozoikum, als Sauerstoff in der Atmosphäre auftauchte und Meerwasser zu Chloridkarbonat wurde, begann ihr Volumen zuzunehmen. Der hohe Kohlendioxidgehalt des Meerwassers und dessen hohe alkalische Reserve sorgten für die Bildung dicker Kalk-Dolomit- und Dolomitschichten.

Am Ende des Proterozoikums nahm die Menge des im Meerwasser gelösten Kohlendioxids und seine Konzentration in der Atmosphäre ab, was jedoch mit einer erhöhten Absorption von Kohlendioxid durch Algen während der Photosynthese verbunden war. Meerwasser nahm einen Chlorid-Sulfat-Charakter an und die Umgebung wurde neutral, was offenbar zur Entstehung eines festen Skeletts in Organismen führte.

Geologische Entwicklung und Struktur der Erde

Das Ergebnis der geologischen Entwicklung der Erde war die Bildung der obersten Schalen – der Atmosphäre, der Hydrosphäre und der Lithosphäre. Dies geschah als Folge der Abkühlung der Erdoberfläche und führte zur Bildung des primären Basalts oder einer ähnlich zusammengesetzten Erdkruste. Fast gleichzeitig entstand durch die Kondensation von Wasserdampf die Wasserhülle des Planeten – die Hydrosphäre.

Entstehung und Struktur der Lithosphäre. Die Erdkruste besteht aus Gesteinen unterschiedlicher Vorkommensformen. Die Gesteine ​​liegen in horizontalen Schichten oder sind durch Verwerfungen gebrochen und gefaltet. Die Entstehung von Gesteinen wird meist durch innere (endogene) Kräfte verursacht. Als bezeichnet wird die durch endogene Prozesse entstandene Struktur der Erdkruste tektonische Struktur, oder Tektonik.

Die moderne Topographie des Planeten hat sich über viele hundert Millionen Jahre hinweg entwickelt und verändert sich weiterhin unter dem Einfluss der kombinierten Wirkung tektonischer, hydrosphärischer, atmosphärischer und biologischer Prozesse auf seiner Oberfläche. Dies begann vor etwa 3,5 Milliarden Jahren, als sich Vulkanbögen zu bilden begannen. Die Bildung von Vulkanbögen erfolgte auf der primären Rest- oder Sekundärkruste, die während der Ausdehnung der ozeanischen Kruste über die Subduktionszonen (Kollisionen von Lithosphärenplatten und deren Subduktion untereinander unter Bildung eines Vulkanbogens) gebildet wurde. Dadurch entstanden vor etwa 2,7–2,5 Milliarden Jahren bedeutende Gebiete kontinentaler Kruste, die sich offenbar zu einem einzigen Superkontinent vereinten – dem ersten Pangäa in der Erdgeschichte. Die Dicke dieser Kruste hat bereits die heutige Mächtigkeit von 35–40 km erreicht. Sein unterer Teil erfuhr unter dem Einfluss hoher Drücke und Temperaturen erhebliche Veränderungen, und in den mittleren Ebenen wurden große Granitmassen geschmolzen.

Der nächste wichtige Moment in der Entwicklung der Erde fand vor etwa 2,5 Milliarden Jahren statt. Der im vorherigen Stadium entstandene Superkontinent – ​​das erste Pangäa – erfuhr erhebliche Veränderungen und zerfiel vor 2,2 Milliarden Jahren in einzelne, relativ kleine

große Kontinente, die durch Becken mit neu gebildeter ozeanischer Kruste getrennt sind. Einige Spuren dieser Phasen der Plattentektonik sind noch heute zu finden. Die erste Stufe (vor der Entstehung von Pan-gaia) wird üblicherweise als bezeichnet embryonale Plattentektonik, und zweitens - Kleine Plattentektonik. Am Ende der zweiten Periode, vor etwa 1,7 Milliarden Jahren, verschmolzen die Kontinente wieder zu einem einzigen Superkontinent. Pangäa-N entstand. Sein Zusammenbruch begann vor etwa einer Milliarde Jahren, obwohl es schon vorher zu teilweisen Trennungen und Wiedervereinigungen gekommen sein könnte.

Im Zeitraum vor 1 bis 0,6 Milliarden Jahren erfuhr der Strukturplan der Erde radikale Veränderungen und näherte sich deutlich dem modernen an. Von diesem Moment an begann es Ausgewachsene Plattentektonik. Dies liegt daran, dass die Lithosphäre der Erde in eine begrenzte Anzahl großer (5.000 km) und mittelgroßer (1.000 km) starrer und monolithischer Platten unterteilt ist, die sich auf einer plastischeren und viskoseren Hülle – der Asthenosphäre – befinden . Lithosphärenplatten begannen sich in horizontaler Richtung entlang der Asthenosphäre zu bewegen und bildeten Trennungen und Subtraktionen, die sich im Durchschnitt auf planetarischer Ebene gegenseitig kompensierten. So kam es in der Geschichte der Erde als Planet immer wieder zu Entstehungs- und Zerfallsprozessen von Pangäa. Die Dauer solcher Zyklen beträgt 500-600 Millionen Jahre. Dieser großräumigen Periodizität ist die Periodizität kleinerer Skalen überlagert, die mit der Dehnung und Kompression der Erdkruste einhergeht.

Aufgrund der tektonischen Aktivität ist das Relief der Erdoberfläche heute durch eine globale Asymmetrie zweier Hemisphären (Nord- und Südhalbkugel) gekennzeichnet: Eine davon ist ein riesiger, mit Wasser gefüllter Raum. Dabei handelt es sich um Ozeane, die mehr als 70 % der gesamten Oberfläche einnehmen. Auf der anderen Hemisphäre konzentrieren sich die Krustenanhebungen, die die Kontinente bilden. Vor langer Zeit wurde eine globale Asymmetrie in der Struktur der Oberfläche unseres Planeten festgestellt, die es ermöglichte, die Topographie des Planeten in zwei Hauptbereiche zu unterteilen – ozeanische und kontinentale. Meeresboden und Kontinente unterscheiden sich voneinander in der Struktur der Erdkruste, der chemischen und petrographischen Zusammensetzung sowie der geologischen Entwicklungsgeschichte. Die Kruste hat im Bereich der Kontinente eine erhöhte Dicke und in Bereichen des Meeresbodens eine geringere Dicke.

Die durchschnittliche Dicke der Kontinentalkruste beträgt 35 km. Seine obere Schicht ist reich an Granitgestein, die untere ist reich an Basaltmagmen. Am Meeresboden gibt es keine Granitschicht und die Erdkruste besteht nur aus einer Basaltschicht. Seine Mächtigkeit beträgt 5-10 km. Darüber hinaus enthält die kontinentale Kruste mehr wärmeerzeugende radioaktive Elemente als die dünne ozeanische Kruste.

Die Erdkruste, die den oberen Teil der Lithosphäre bildet, besteht hauptsächlich aus acht chemischen Elementen: Sauerstoff, Silizium, Aluminium

Minium, Eisen, Kalzium, Magnesium, Natrium und Kalium. Die Hälfte der Gesamtmasse der Rinde besteht aus Sauerstoff, der in gebundenem Zustand, hauptsächlich in Form von Metalloxiden, darin enthalten ist.

Die Erdkruste besteht aus Gesteinen unterschiedlicher Art und Herkunft. Mehr als 70 % sind magmatische Gesteine, 20 % sind metamorphe Gesteine ​​und 9 % sind Sedimentgesteine.

Wir sollten nicht vergessen, dass die Erdoberfläche aus Lithosphärenplatten besteht, deren Anzahl und Position sich von Zeitalter zu Zeitalter änderten. Eine Platte ist die gesamte Masse der Erdkruste und des darunter liegenden Mantels, die sich als eine Einheit über die Erdoberfläche bewegt. Heute gibt es 8-9 große Platten und mehr als 10 kleine. Platten bewegen sich langsam horizontal (globale Plattentektonik). In Bereichen von Grabenbrüchen, in denen Mantelmaterial nach außen getragen wird, divergieren die Platten, und an Stellen, an denen die horizontalen Verschiebungen benachbarter Platten gegenläufig sind, bewegen sie sich aufeinander zu. Entlang der Grenzen lithosphärischer Platten gibt es Zonen erhöhter tektonischer Aktivität. Wenn sich Platten bewegen, werden ihre Kanten zerdrückt und es bilden sich Gebirgszüge oder ganze Gebirgsregionen. Ozeanische Platten, die ihren Ursprung in Grabenbrüchen haben, werden immer dicker, wenn sie sich den Kontinenten nähern. Sie gehen unter Inselbögen oder Kontinentalplatten hindurch und tragen angesammeltes Sedimentgestein mit sich. Die Substanz der subduzierenden Platte gelangt in den Erdmantel in Tiefen von bis zu 500–700 km und beginnt dort zu schmelzen.

Die Entstehung der Atmosphäre und Hydrosphäre. Die Bestandteile der Erdatmosphäre und Hydrosphäre sind flüchtige Stoffe, die durch ihre chemische Differenzierung entstanden sind. Den verfügbaren Daten zufolge entstanden Wasserdampf und atmosphärische Gase im Erdinneren und gelangten durch innere Erwärmung zusammen mit den schmelzbarsten Substanzen des Primärmantels während der vulkanischen Aktivität an ihre Oberfläche.

Wasser und Kohlendioxid blieben als Bestandteile der Gas- und Staubwolke lange Zeit in Form von Molekülen, als sich die meisten festen Kondensate bereits gebildet hatten. Daher wurden die verbleibenden Gase durch Adsorption und verschiedene chemische Reaktionen teilweise von Staubpartikeln absorbiert. Auf diese Weise gelangten flüchtige Stoffe in die Erdplaneten. Aus den Tiefen der Erde gelangen sie durch vulkanische Aktivität an die Oberfläche. Darüber hinaus wurden laut Alfven und Arrhenius bereits während der Zeit des planetesimalen Bombardements der Erde, als sich die Gesteine ​​der Erde erhitzten und schmolzen, in den Gesteinen enthaltene Gase und Wasserdampf freigesetzt. Gleichzeitig verlor die Erde Wasserstoff und Helium, Aber schwerere Gase zurückgehalten. Somit war es die Entgasung des Erdinneren, die zur Quelle der Atmosphäre wurde.

Sphären und Hydrosphären. Nach einigen Berechnungen wurden durch die Schockentgasung 65 bis 80 % der Gesamtmenge an flüchtigen Bestandteilen der Erde freigesetzt.

Die Weltmeere entstanden aus den Dämpfen von Mantelmaterial, und die ersten Teile des kondensierten Wassers waren sauer. Dann tauchten mineralisierte Wässer auf, und Süßwasser selbst bildete sich erst viel später durch Verdunstung von der Oberfläche der Primärmeere im Zuge der natürlichen Destillation.

Das Problem der Entstehung des Ozeans ist mit dem Problem der Entstehung nicht nur des Wassers, sondern auch der darin gelösten Stoffe verbunden. Die Hydrosphäre der Erde entstand ebenso wie die Atmosphäre als Folge der Entgasung des Planeteninneren. Die Materie des Ozeans und die Materie der Atmosphäre entstammen einer gemeinsamen Quelle.

Meerwasser ist eine einzigartige natürliche Lösung mit durchschnittlich 3,5 % gelösten Stoffen, die den Salzgehalt des Wassers gewährleistet. Das Wasser der Ozeane der Erde enthält viele chemische Elemente. Unter ihnen spielen Natrium, Magnesium, Kalzium, Chlor, Stickstoff, Phosphor und Silizium die wichtigste Rolle. Diese Elemente werden von lebenden Organismen aufgenommen und ihre Konzentration im Meerwasser wird durch das Wachstum und die Fortpflanzung von Meerespflanzen und -tieren gesteuert. Eine wichtige Rolle bei der Zusammensetzung des Meerwassers spielen die darin gelösten natürlichen Gase Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid, die eng mit der Atmosphäre und der lebenden Materie von Land und Meer verbunden sind.

Man geht heute davon aus, dass die Zusammensetzung der Primäratmosphäre der Erde der Zusammensetzung von Vulkan- und Meteoritengasen ähnelte. Höchstwahrscheinlich ähnelte es der modernen Atmosphäre der Venus. Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan, Ammoniak, Schwefelwasserstoff usw. gelangten auf die Erdoberfläche und bildeten die Primäratmosphäre der Erde. Im Allgemeinen war die Primäratmosphäre reduzierender Natur und enthielt praktisch keinen freien Sauerstoff, obwohl kleine Anteile davon im oberen Teil der Atmosphäre durch Photolyse von Wasser entstanden.

Daher unterschied sich die Zusammensetzung der Primäratmosphäre der Erde, die durch Schockentgasung und vulkanische Aktivität entstand, stark von der Zusammensetzung der modernen Atmosphäre. Diese Unterschiede hängen mit der Anwesenheit von Leben auf der Erde zusammen, das den größten Einfluss auf alle auf unserem Planeten ablaufenden Prozesse hat. So fand die chemische Entwicklung der Atmosphäre und Hydrosphäre unter ständiger Beteiligung lebender Organismen statt, wobei photosynthetische Grünpflanzen eine führende Rolle spielten.

Die moderne Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre ist das Ergebnis der Aktivität des Lebens auf der Erde. Das Gleiche gilt für die moderne Zusammensetzung des Wassers in den Ozeanen unseres Planeten. Deshalb heute auf unserem

Auf dem Planeten bilden das Leben und die dadurch veränderte Umwelt eine eigenständige Hülle der Erde – die Biosphäre.

Geosphären der Erde

Mit der Entstehung der Erde ging eine Differenzierung der Materie einher, die zur Aufteilung der Erde in konzentrisch angeordnete Schichten – die Geosphäre – führte. Geosphären unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung, ihrem Aggregatzustand und ihren physikalischen Eigenschaften. Im Zentrum bildete sich der Erdkern, umgeben von einem Mantel. Aus den leichtesten, aus dem Erdmantel freigesetzten Stoffbestandteilen entstand die über dem Erdmantel liegende Erdkruste. Dies ist die sogenannte „feste“ Erde, die fast die gesamte Masse des Planeten enthält. Dann entstanden die Wasser- und Lufthüllen unseres Planeten. Darüber hinaus verfügt die Erde über Gravitations-, magnetische und elektrische Felder.

Somit können wir eine Reihe von Geosphären unterscheiden, aus denen die Erde besteht: Kern, Mantel, Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre, Magnetosphäre.

Zusätzlich zu den genannten Hüllen der Erde betrachten wir im Folgenden die Biosphäre und die Noosphäre. Darüber hinaus findet man in der Literatur eine Analyse anderer Hüllen – Anthroposphäre, Technosphäre, Soziosphäre, deren Betrachtung jedoch über den Rahmen der Naturwissenschaft hinausgeht.

Geosphären unterscheiden sich hauptsächlich in der Dichte ihrer Bestandteile. Die dichtesten Substanzen sind in den zentralen Teilen des Planeten konzentriert. Der Kern macht 1/3 der Erdmasse aus, Kruste und Mantel – 2/3.

Alle Erdhüllen sind miteinander verbunden und durchdringen sich gegenseitig. Die Hydrosphäre ist immer in der Lithosphäre und Atmosphäre vorhanden, die Atmosphäre in der Lithosphäre und Hydrosphäre usw. Die inneren Hüllen der Erde stehen in engem Zusammenhang mit der Atmosphäre, der Hydrosphäre und der Lithosphäre. Darüber hinaus gibt es in allen Schalen außer Mantel und Kern eine Biosphäre.

Der Kern der Erde

Der Kern nimmt die zentrale Region unseres Planeten ein. Dies ist die tiefste Geosphäre. Der durchschnittliche Radius des Kerns beträgt etwa 3500 km; er liegt tiefer als 2900 km. Der Kern besteht aus zwei Teilen – einem großen äußeren und einem kleinen inneren Kern.

Innerer Kern Die Beschaffenheit des inneren Erdkerns bleibt auch aus einer Tiefe von 5000 km ein Rätsel. Dabei handelt es sich um eine Kugel mit einem Durchmesser von 2200 km, die laut Wissenschaftlern zu 80 % aus Eisen und Nickel besteht

(20 %). Die entsprechende Legierung hat bei dem im Erdinneren herrschenden Druck einen Schmelzpunkt von etwa 4500 °C.

Äußerer Kern. Den geophysikalischen Daten zufolge ist der äußere Kern eine Flüssigkeit – geschmolzenes Eisen, gemischt mit Nickel und Schwefel. Dies liegt daran, dass der Druck in dieser Schicht geringer ist. Der äußere Kern ist eine kugelförmige Schicht mit einer Dicke von 2900–5000 km. Damit der innere Kern fest und der äußere Kern flüssig bleibt, sollte die Temperatur im Erdmittelpunkt 4500 °C nicht überschreiten, aber auch nicht niedriger als 3200 °C sein.

Der flüssige Zustand des äußeren Kerns ist mit Vorstellungen über die Natur des Erdmagnetismus verbunden. Das Erdmagnetfeld ist variabel; die Position der Magnetpole ändert sich von Jahr zu Jahr. Paläomagnetische Untersuchungen haben beispielsweise gezeigt, dass es in den letzten 80 Millionen Jahren nicht nur zu einer Änderung der Feldstärke, sondern auch zu mehrfachen systematischen Magnetisierungsumkehrungen kam, wodurch die Nord- und Südmagnetpole der Erde ihre Plätze wechselten. Während der Polaritätswechselperioden kam es zu Momenten, in denen das Magnetfeld vollständig verschwand. Aufgrund der stationären Magnetisierung des Kerns oder eines Teils davon kann daher kein Erdmagnetismus durch einen Permanentmagneten erzeugt werden. Es wird angenommen, dass das Magnetfeld durch einen Prozess namens selbsterregter Dynamoeffekt erzeugt wird. Die Rolle eines Rotors (bewegtes Element) oder Dynamos kann von der Masse des flüssigen Kerns übernommen werden, der sich bewegt, wenn sich die Erde um ihre Achse dreht, und das Erregungssystem wird durch Ströme gebildet, die geschlossene Kreisläufe innerhalb der Kugel erzeugen Kern.

Mantel

Der Mantel ist die stärkste Hülle der Erde und nimmt zwei Drittel ihrer Masse und den größten Teil ihres Volumens ein. Es existiert auch in Form von zwei kugelförmigen Schichten – dem unteren und dem oberen Mantel. Die Dicke des unteren Teils des Erdmantels beträgt 2000 km, die des oberen Teils 900 km. Alle Die Mantelschichten liegen zwischen Radien von 3450 und 6350 km.

Daten zur chemischen Zusammensetzung des Erdmantels wurden auf der Grundlage von Analysen der tiefsten magmatischen Gesteine ​​gewonnen, die durch starke tektonische Hebungen unter Abtrag von Mantelmaterial in die oberen Horizonte gelangten. Material aus dem oberen Erdmantel wurde vom Boden verschiedener Teile des Ozeans gesammelt. Die Dichte und die chemische Zusammensetzung des Mantels unterscheiden sich stark von den entsprechenden Eigenschaften des Kerns. Der Mantel besteht aus verschiedenen Silikaten (Verbindungen auf Siliziumbasis), vor allem dem Mineral Olivin.

Aufgrund des hohen Drucks befindet sich das Mantelmaterial höchstwahrscheinlich in einem kristallinen Zustand. Manteltemperaturkoeffizient

beträgt etwa 2500°C. Es waren die hohen Drücke, die diesen Aggregatzustand des Stoffes bestimmten; andernfalls hätten diese Temperaturen zu seinem Schmelzen geführt.

Die Asthenosphäre, der untere Teil des oberen Erdmantels, befindet sich in geschmolzenem Zustand. Dies ist die darunter liegende Schicht des oberen Erdmantels und der Lithosphäre. Die Lithosphäre scheint darin zu „schweben“. Generell weist der obere Mantel eine interessante Eigenschaft auf: Bei kurzfristigen Belastungen verhält er sich wie ein starres Material und bei langfristigen Belastungen wie ein Kunststoff.

Die nicht zu viskose und plastische Asthenosphäre wird von einer beweglicheren und leichteren Lithosphäre unterstützt. Im Allgemeinen können die Lithosphäre, die Asthenosphäre und andere Schichten des Erdmantels als ein dreischichtiges System betrachtet werden, von dem jeder Teil relativ zu den anderen Komponenten beweglich ist.

Lithosphäre

Die Lithosphäre ist die Erdkruste mit einem Teil des darunter liegenden Mantels, der eine etwa 100 km dicke Schicht bildet. Die Erdkruste weist eine hohe Steifigkeit, aber gleichzeitig auch eine große Zerbrechlichkeit auf. Im oberen Teil besteht es aus Granit, im unteren Teil aus Basalten.

Die starke Asymmetrie in der Struktur der Oberfläche unseres Planeten wurde schon vor langer Zeit bemerkt. Daher wird die Planetentopographie in zwei Hauptbereiche unterteilt – ozeanische und kontinentale. Die durchschnittliche Dicke der Kontinentalkruste beträgt 35 km. Seine obere Schicht ist reich an Granitgestein und die untere Schicht ist reich an Basaltmagmen. Am Meeresboden gibt es keine Granitschicht und die Erdkruste besteht nur aus einer Basaltschicht. Die Dicke der ozeanischen Kruste beträgt 5-10 km.

Die ersten Teile des vulkanischen Materials hatten eine Zusammensetzung aus Basalten oder einer ähnlichen Zusammensetzung. Basaltisches Magma, das an die Oberfläche stieg, verlor Gase, die in die Atmosphäre gelangten und sich in basaltische Lava verwandelten, die sich über die Primäroberfläche des Planeten ausbreitete. Beim Abkühlen bildete es feste Schichten – die Primärkruste ozeanischen Typs. Der Prozess des Schmelzens dieser Massen verlief jedoch asymmetrisch und mehr von ihnen konzentrierten sich auf einer Hemisphäre des Planeten als auf der anderen. In den Gebieten zukünftiger Kontinente war die junge Erdkruste dynamisch instabil und bewegte sich unter dem Einfluss innerer Ursachen, deren Natur noch nicht vollständig verstanden ist, auf und ab.

Bei allgemeinen Oszillationsbewegungen befanden sich einzelne Teile der Primärkruste zeitweise über dem Meeresspiegel und wurden unter dem Einfluss chemisch aktiver Gase der Primäratmosphäre, Wasser und anderer physikalischer Einflüsse zerstört. Profi-

Zerstörungsprodukte wurden in tiefer gelegene Land- und Gewässergebiete transportiert und bildeten Sedimentgesteine ​​mit mechanischer Sortierung der Partikel nach Größe und mineralogischer Zusammensetzung. Mit dem Aufkommen der Biosphäre wurden diese Prozesse noch aktiver. Gebiete mit Landhebungen – die Standorte zukünftiger Kontinente – begannen mit Gürteln zu bewachsen, die aus Schichten von Sedimentgesteinen gebildet wurden, die durch die Zerstörung höher gelegener Landgebiete entstanden waren. Anschließend wurden diese Gürtel gefaltet und angehoben, und in ihnen manifestierte sich vulkanische Aktivität. Um die Kontinentalkerne entstanden uralte Gebirgszüge, die später ebenfalls durch geologische Einwirkungen zerstört wurden. So entstand der kontinentale Teil der Erdkruste.

Der ozeanische Teil ragte wahrscheinlich selten oder gar nicht über das Niveau des Weltozeans hinaus, und es fanden in ihm keine Differenzierungsprozesse der Materie statt, und es wurden keine Sedimentgesteine ​​​​abgelagert.

Die geologischen Merkmale der Erdkruste werden durch die kombinierten Auswirkungen der Atmosphäre, der Hydrosphäre und der Biosphäre auf sie – die drei äußeren Hüllen des Planeten – bestimmt. Die Zusammensetzung der Rinde und Außenhülle wird ständig erneuert. Durch Verwitterung und Abriss erneuert sich die Substanz der Kontinentaloberfläche in 80-100 Millionen Jahren vollständig. Der Verlust an kontinentaler Materie wird durch Anhebungen ihrer Kruste ausgeglichen. Hätten diese Hebungen nicht stattgefunden, wäre über mehrere geologische Perioden hinweg das gesamte Land in den Ozean verschleppt worden und unser Planet wäre mit einer durchgehenden Wasserhülle bedeckt gewesen.

Boden entsteht auf der Oberfläche der Lithosphäre als Ergebnis der kombinierten Aktivität einer Reihe von Faktoren. Der Begründer der Bodenkunde, der russische Wissenschaftler V. V. Dokuchaev, rief an BodenÄußere Horizonte von Gesteinen, die durch den kombinierten Einfluss von Wasser, Luft und verschiedenen Arten von Organismen, einschließlich ihrer Überreste, auf natürliche Weise verändert wurden. Somit ist der Boden ein komplexes System, das eine ausgeglichene Wechselwirkung mit der Umwelt anstrebt.

Hydrosphäre

Die Wasserhülle der Erde wird auf unserem Planeten durch den Weltozean, Süßwasser von Flüssen und Seen, Gletscher- und Grundwasser repräsentiert. Die gesamten Wasserreserven auf der Erde betragen 1,5 Milliarden km 3 . Davon sind 97 % salziges Meerwasser, 2 % gefrorenes Gletscherwasser und 1 % Süßwasser.

Die Hydrosphäre ist die kontinuierliche Hülle der Erde, da sich Meere und Ozeane an Land in Grundwasser verwandeln und zwischen Land und Meer ein ständiger Wasserkreislauf besteht, dessen jährliches Volumen auf 100.000 km 3 geschätzt wird. Der größte Teil des von der Oberfläche der Meere und Ozeane verdunsteten Wassers fällt in Form von Niederschlägen darüber.

Etwa 10 % werden an Land getragen, fallen darauf und werden dann entweder von Flüssen ins Meer getragen, gehen in den Untergrund oder bleiben in Gletschern erhalten. Der Wasserkreislauf in der Natur ist kein absolut geschlossener Kreislauf. Heute ist erwiesen, dass unser Planet ständig einen Teil des Wassers und der Luft verliert, die in den Weltraum gelangen. Daher wird sich mit der Zeit das Problem der Wassereinsparung auf unserem Planeten ergeben.

Wasser ist eine Substanz mit vielen einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Wasser verfügt insbesondere über eine hohe Wärmekapazität, Schmelz- und Verdunstungswärme und ist aufgrund dieser Eigenschaften der wichtigste klimabildende Faktor auf der Erde. Wasser ist ein gutes Lösungsmittel und enthält daher viele chemische Elemente und Verbindungen, die zum Leben notwendig sind. Es ist kein Zufall, dass der Weltozean zur Wiege des Lebens auf unserem Planeten wurde.

Weltozean. Der größte Teil der Erdoberfläche wird vom Weltmeer eingenommen (71 % der Erdoberfläche). Es umgibt Kontinente (Eurasien, Afrika, Nord- und Südamerika, Australien und Antarktis) und Inseln. Der Ozean ist durch Kontinente in vier Teile unterteilt: den Pazifik (50 % der Fläche des Weltmeeres), den Atlantik (25 %), den Indischen Ozean (21) und den Arktischen Ozean (4 %). Die Ozeane werden oft als „Ofen des Planeten“ bezeichnet. In der warmen Jahreszeit erwärmt sich Wasser langsamer als Land und kühlt daher die Luft; im Winter hingegen erwärmt warmes Wasser kalte Luft.

Im Weltmeer gibt es ständige Vorwärtsbewegungen von Wassermassen – Meeresströmungen. Sie entstehen unter dem Einfluss vorherrschender Winde, der Gezeitenkräfte von Mond und Sonne sowie durch das Vorhandensein von Wasserschichten unterschiedlicher Dichte. Unter dem Einfluss der Erdrotation werden alle Strömungen auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt. Ebbe und Flut spielen in den Meeren und Ozeanen eine große Rolle und verursachen periodische Schwankungen des Wasserspiegels und Veränderungen der Gezeitenströmungen. Im offenen Ozean erreicht die Gezeitenhöhe einen Meter, vor der Küste bis zu 18 Meter. Die höchsten Gezeiten werden vor der Küste Frankreichs (14,7 m) und in England, an der Mündung des Flusses Severn (16,3 m), in Russland – in der Menzen-Bucht des Weißen Meeres (10 m) und in der Penzhina-Bucht – beobachtet des Ochotskischen Meeres (11 m). m).

Die Nahrungs-, Energie- und Mineralreserven der Weltmeere sind enorm.

Flüsse. Ein wichtiger Teil der Hydrosphäre der Erde sind Flüsse- Wasserströme, die in natürlichen Kanälen fließen und durch Oberflächen- und Untergrundabflüsse aus ihren Becken gespeist werden. Flüsse und Nebenflüsse bilden ein Flusssystem. Der Wasserfluss und die Strömung in ihnen hängen von der Neigung des Flussbettes ab. Normalerweise werden Gebirgsflüsse mit schneller Strömung unterschieden.

lange Flusstäler und Tieflandflüsse mit langsamer Strömung und breite Flusstäler.

Flüsse sind ein wichtiger Teil des Wasserkreislaufs in der Natur. Ihr gesamter jährlicher Zufluss in die Weltmeere beträgt 38,8 Tausend km 3 . Flüsse sind Trink- und Brauchwasserquellen sowie eine Quelle der Wasserkraft. Flüsse beherbergen eine Vielzahl von Pflanzen, Fischen und anderen Süßwasserorganismen. Die größten Flüsse der Erde sind Amazonas, Mississippi, Jenissei, Lena, Ob, Nil, Amur, Jangtse, Wolga.

Seen und Sümpfe- auch Teil der Hydrosphäre der Erde. Seen sind mit Wasser gefüllte Gewässer, deren gesamte Oberfläche zur Atmosphäre hin offen ist und die keine Abhänge aufweisen, die Strömungen erzeugen, und die nur durch Flüsse und Kanäle mit dem Meer verbunden sind. Der Begriff „Seen“ umfasst eine Vielzahl von Gewässern, darunter Teiche (kleine flache Seen), Stauseen sowie Sümpfe und Moore mit stehendem Wasser. Seen können ihrem Ursprung nach Gletscher-, Fließ-, Thermokarst- oder Salzsee sein. Aus geologischer Sicht haben Seen eine kurze Lebenserwartung. In der Regel verschwinden sie aufgrund eines Ungleichgewichts zwischen Zu- und Abfluss des Wassers aus dem See nach und nach. Zu den größten Seen gehören: das Kaspische Meer und der Aralsee, der Baikalsee, der Obere See, der Huronsee und der Michigansee in den USA sowie Kanada, Victoria, Nyanza und Tanganjika in Afrika.

Das Grundwasser- ein weiterer Teil der Hydrosphäre. Grundwasser ist alles Wasser, das sich unterhalb der Erdoberfläche befindet. Es gibt unterirdische Flüsse, die frei durch unterirdische Kanäle – Risse und Höhlen – fließen. Es gibt auch gefiltertes Wasser, das durch loses Gestein (Sand, Kies, Kieselsteine) sickert. Als Grundwasserhorizont wird der der Erdoberfläche am nächsten liegende Grundwasserhorizont bezeichnet Grundwasser.

Wasser, das in den Boden eindringt, erreicht die wasserdichte Schicht, sammelt sich dort und imprägniert das darüber liegende Gestein. Dadurch entstehen Grundwasserleiter, die als Wasserquellen dienen können. Manchmal kann Permafrost eine undurchlässige Schicht bilden.

Gletscher, Sie bilden die eisige Hülle der Erde (Kryosphäre) und sind auch Teil der Hydrosphäre unseres Planeten. Sie nehmen eine Fläche von 16 Millionen km 2 ein, was etwa 1/10 der Planetenoberfläche entspricht. Sie enthalten die Hauptreserven an Süßwasser (3/4). Würde das Eis der Gletscher plötzlich schmelzen, würde der Meeresspiegel der Weltmeere um 50 Meter ansteigen.

Eismassen entstehen dort, wo es möglich ist, den im Winter gefallenen Schnee nicht nur anzusammeln, sondern ihn auch im Sommer zu konservieren. Mit der Zeit verdichtet sich dieser Schnee zu Eis und kann das gesamte Gebiet als Eisschild oder Eiskappe bedecken. Orte, an denen es zu mehrjähriger Ansammlung kommen kann

Die Menge an Eis wird durch die geografische Breite und die Höhe über dem Meeresspiegel bestimmt. In den Polarregionen liegt die Grenze des mehrjährigen Eises auf Meereshöhe, in Norwegen – auf einer Höhe von 1,2–1,5 km über dem Meeresspiegel, in den Alpen – auf einer Höhe von 2,7 km und in Afrika – auf einer Höhe von 4,9 km.

Glaziologen unterscheiden zwischen Kontinentalbedeckungen bzw. Schilden und Gebirgsgletschern. Die mächtigsten kontinentalen Eisschilde befinden sich in der Antarktis und in Grönland. An einigen Stellen erreicht die Eisdicke 3,2 km. Nach und nach lassen die zum Meer hin gleitenden Eisschichten Eisberge entstehen – Eisberge. Gebirgsgletscher sind Eisflüsse, die die Hänge der Berge hinunterfließen, obwohl ihre Bewegung sehr langsam ist – mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 300 m pro Jahr. Bei ihrer Bewegung verändern Gletscher die Landschaft, indem sie Felsbrocken mit sich reißen, Berghänge abtragen und bedeutende Felsbrocken abbrechen. Die Zerstörungsprodukte werden vom Gletscher entlang des Hangs getragen und setzen sich beim Abschmelzen ab.

Permafrost. Ein Teil der Kryosphäre der Erde ist neben Gletschern Permafrost (Permafrost). Die Mächtigkeit solcher Böden beträgt im Durchschnitt 50–100 m und in der Antarktis 4 km. Permafrost bedeckt weite Gebiete in Asien, Europa, Nordamerika und der Antarktis, seine Gesamtfläche beträgt 35 Millionen km 2. Permafrost tritt an Orten auf, an denen die durchschnittliche Jahrestemperatur negativ ist. Es enthält bis zu 2% Gesamtvolumen des Eises auf der Erde.

Atmosphäre

Die Atmosphäre ist die Lufthülle der Erde, die sie umgibt und mit ihr rotiert. Die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ist ein Gasgemisch bestehend aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff sowie Inertgasen, Wasserstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, die etwa 1 % des Volumens ausmachen. Darüber hinaus enthält die Luft große Mengen Staub und verschiedene Verunreinigungen, die durch geochemische und biologische Prozesse auf der Erdoberfläche entstehen.

Die Masse der Atmosphäre ist recht groß und beträgt 5,15 · 10 · 18 kg. Das bedeutet, dass jeder Kubikmeter Luft um uns herum etwa 1 kg wiegt. Das Gewicht der auf uns drückenden Luft nennt man Luftdruck. Der durchschnittliche Atmosphärendruck auf der Erdoberfläche beträgt 1 atm oder 760 mmHg. Das bedeutet, dass jeder Quadratzentimeter unseres Körpers einer atmosphärischen Belastung von 1 kg ausgesetzt ist. Mit der Höhe nehmen Dichte und Druck der Atmosphäre schnell ab.

Es gibt Bereiche in der Atmosphäre mit stabilen Minima und Maxima von Temperaturen und Drücken. So in der Region Island und den Aleuten

Die Inseln beherbergen ein Gebiet, das traditionell der Geburtsort von Wirbelstürmen ist, die das Wetter in Europa bestimmen. Und in Ostsibirien weicht ein Tiefdruckgebiet im Sommer einem Hochdruckgebiet im Winter. Die Heterogenität der Atmosphäre bewirkt die Bewegung von Luftmassen – so entstehen Winde.

Die Erdatmosphäre ist schichtförmig aufgebaut und die Schichten unterscheiden sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die wichtigsten davon sind Temperatur und Druck, deren Änderung der Trennung der atmosphärischen Schichten zugrunde liegt. Somit ist die Erdatmosphäre unterteilt in: Troposphäre, Stratosphäre, Ionosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre.

Troposphäre- Dies ist die untere Schicht der Atmosphäre, die das Wetter auf unserem Planeten bestimmt. Seine Mächtigkeit beträgt 10-18 km. Druck und Temperatur nehmen mit der Höhe ab und fallen auf -55 °C. Die Troposphäre enthält den Großteil des Wasserdampfes, es bilden sich Wolken und es bilden sich alle Arten von Niederschlägen.

Die nächste Schicht der Atmosphäre ist Stratosphäre, erstreckt sich über eine Höhe von bis zu 50 km. Im unteren Teil der Stratosphäre herrscht eine konstante Temperatur, im oberen Teil kommt es aufgrund der Absorption der Sonnenstrahlung durch Ozon zu einem Temperaturanstieg.

Ionosphäre- dieser Teil der Atmosphäre, der in einer Höhe von 50 km beginnt. Die Ionosphäre besteht aus Ionen – elektrisch geladenen Luftteilchen. Die Ionisierung der Luft erfolgt unter dem Einfluss der Sonne. Die Ionosphäre verfügt über eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit und reflektiert dadurch kurze Radiowellen, was die Kommunikation über große Entfernungen ermöglicht.

Start ist ab einer Höhe von 80 km Mesosphäre, Ihre Aufgabe besteht darin, die ultraviolette Strahlung der Sonne durch Ozon, Wasserdampf und Kohlendioxid zu absorbieren.

In einer Höhe von 90 - 200-400 km gibt es Thermosphäre. IN Hier finden die Hauptprozesse der Absorption und Umwandlung der ultravioletten und Röntgenstrahlung der Sonne statt. In einer Höhe von mehr als 250 km wehen ständig Hurrikanwinde, deren Ursache in der kosmischen Strahlung liegt.

Man nennt den oberen Bereich der Atmosphäre, der sich von 450–800 km bis 2000–3000 km erstreckt Exosphäre. Es enthält atomaren Sauerstoff, Helium und Wasserstoff. Einige dieser Teilchen entweichen ständig in den Weltraum.

Das Ergebnis selbstregulierender Prozesse in der Erdatmosphäre ist das Klima unseres Planeten. Das ist nicht wie das Wetter, das sich jeden Tag ändern kann. Das Wetter ist sehr wechselhaft und hängt von den Schwankungen der miteinander verbundenen Prozesse ab, durch die es entsteht. Dies sind Temperatur, Winde, Druck, Niederschlag. Das Wetter ist hauptsächlich das Ergebnis der Wechselwirkung der Atmosphäre mit Land und Ozean.

Unter Klima versteht man den Wetterzustand einer Region über einen langen Zeitraum. Es entsteht je nach geografischer Breite, Höhe und Luftströmungen. Relief und Bodenart haben weniger Einfluss. Es gibt eine Reihe von Klimazonen auf der Welt, die eine Reihe ähnlicher Merkmale in Bezug auf saisonale Temperaturen, Niederschläge und Windstärke aufweisen:

feuchte tropische Klimazone- Die durchschnittlichen Jahrestemperaturen liegen über 18°C, es gibt keine Kälte, es fallen mehr Niederschläge als Wasser verdunstet;

trockene Klimazone- ein niederschlagsarmes Gebiet. Trockenes Klima kann heiß sein, wie in den Tropen, oder frisch, wie im kontinentalen Asien;

warme Klimazone- Die Durchschnittstemperaturen in der kältesten Zeit hier fallen nicht unter -3°C und mindestens ein Monat weist eine Durchschnittstemperatur von mehr als 10°C auf. Der Übergang vom Winter zum Sommer ist klar definiert;

kalte Klimazone der nördlichen Taiga- in kalten Zeiten sinkt die Durchschnittstemperatur unter - 3°C, in warmen Zeiten liegt sie jedoch über 10°C;

polare Klimazone- selbst in den wärmsten Monaten liegen die Durchschnittstemperaturen hier unter 10°C, sodass es in diesen Gebieten kühle Sommer und sehr kalte Winter gibt;

Gebirgsklimazone- Gebiete, deren klimatische Eigenschaften sich von der Klimazone unterscheiden, in der sie sich befinden. Das Auftreten solcher Zonen ist darauf zurückzuführen, dass die Durchschnittstemperaturen mit der Höhe sinken und die Niederschlagsmenge stark schwankt.

Das Klima der Erde ist ausgeprägt Zyklizität. Das bekannteste Beispiel für Klimazyklizität sind die periodischen Vereisungen auf der Erde. In den letzten zwei Millionen Jahren hat unser Planet 15 bis 22 Eiszeiten erlebt. Dies belegen Untersuchungen von Sedimenten, die sich auf dem Grund von Ozeanen und Seen ansammeln, sowie Untersuchungen von Eisproben aus den Tiefen der Eisschilde der Antarktis und Grönlands. So waren Kanada und Skandinavien während der letzten Eiszeit von einem riesigen Gletscher bedeckt und die nordschottischen Highlands, die Berge Nordwales und die Alpen hatten riesige Eiskappen.

Wir leben jetzt in einer Zeit der globalen Erwärmung. Seit 1860 ist die Durchschnittstemperatur der Erde um 0,5°C gestiegen. Heutzutage steigen die Durchschnittstemperaturen noch schneller an. Dadurch drohen gravierende Klimaveränderungen auf dem gesamten Planeten und weitere Folgen, auf die im Kapitel Umweltprobleme näher eingegangen wird.

Magnetosphäre

Die Magnetosphäre, die äußerste und ausgedehnteste Hülle der Erde, ist eine Region des erdnahen Weltraums, deren physikalische Eigenschaften durch das Erdmagnetfeld und seine Wechselwirkung mit Strömen geladener Teilchen kosmischen Ursprungs bestimmt werden. Auf der Tagseite erstreckt er sich über 8–24 Erdradien, auf der Nachtseite erreicht er mehrere hundert Radien und bildet den magnetischen Schweif der Erde. Die Magnetosphäre enthält Strahlungsgürtel.

Das Erdmagnetfeld entsteht in der Außenhülle des Kerns durch die Zirkulation elektrischer Ströme. Daher ist die Erde ein riesiger Magnet mit klar definierten Magnetpolen. Der magnetische Nordpol liegt in Nordamerika auf der Halbinsel Bothia, der magnetische Südpol liegt in der Antarktis an der Station Wostok.

Mittlerweile wurde festgestellt, dass das Erdmagnetfeld nicht konstant ist. Seine Polarität hat sich in der Erdgeschichte mehrmals geändert. Vor 30.000 Jahren befand sich also der magnetische Nordpol am Südpol. Darüber hinaus kommt es regelmäßig zu Störungen im Erdmagnetfeld – magnetischen Stürmen, deren Hauptursache Schwankungen der Sonnenaktivität sind. Daher treten magnetische Stürme besonders häufig in den Jahren der aktiven Sonne auf, wenn auf ihr viele Sonnenflecken erscheinen und auf der Erde Polarlichter auftreten.