Литосфера и строение поверхности Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Тема: Литосфера и строение поверхности Земли

Содержание

1.Литосфера

2.Строение поверхности Земли

1. Литосфера

Толщина коры под континентами составляет, в среднем, 35-40 км. Там, где на суше расположены молодые высокие горы, она часто превышает 50 км (например, под Гималаями достигает 90 км). Под океанами кора более тонкая - в среднем около 7-10 км, а в некоторых районах Тихого океана - всего 5 км. Границы земной коры определяются по скорости распространения сейсмических волн. Сейсмические волны дают информацию и о свойствах мантии. Установлено, что верхняя мантия состоит, главным образом, из силикатов магния и железа. Состав нижней мантии остается загадкой, однако высказывается предположение, что она содержит оксиды магния и кремния. Заключения о составе земного ядра были сделаны на основании не только анализа сейсмических волн, но и расчетов плотности и изучения состава метеоритов. Считается, что внутреннее ядро представляет собой твердый сплав железа и никеля. Внешнее ядро, по-видимому, жидкое и имеет несколько меньшую плотность. Некоторые специалисты считают, что оно содержит до 14% серы. минерал выветривание химический кора

Земная кора, гидросфера и атмосфера образовались, в основном, в результате высвобождения веществ из верхней мантии молодой Земли. Сейчас время в срединных хребтах на дне океанов продолжается формирование океанической коры, сопровождающееся выделением газов и небольших количеств воды. По-видимому, и образование коры на молодой Земле было результатом подобных процессов, вследствие чего сформировалась тонкая оболочка, составляющая менее 0,0001% объема всей планеты. Состав этой оболочки, образующей континентальную и океаническую кору, изменялся во времени, прежде всего, за счет перехода элементов из мантии из-за частичного плавления на глубине примерно 100 км. Средний химический состав современной земной коры характеризуется большим содержанием кислорода, за которым следуют кремний и алюминий.

Средние значения относительного содержания химических элементов в верхнем слое земной коры по предложению советского геохимика А.Е.Ферсмана (1883-1945) называют кларками элементов в честь американского ученого Франка Уилгсуорта Кларка (1847-1931), который разработал методы количественной оценки распространенности химических элементов.

Анализ значений кларков позволяет понять многие закономерности распределения химических элементов. Кларки химических элементов земной коры различаются более чем на десять порядков. Так, если алюминия в земной коре содержится более восьми процентов по массе, то, например, золота 4,3·10-7 %, меди - 5·10-3 %, урана - 3·10-4%, а такого редкого металла, как рений - всего 7·10-8 %.Элементы, содержащиеся в относительно большом количестве, образуют в природе многочисленные самостоятельные химические соединения, а элементы с малыми кларками рассеяны, преимущественно, среди химических соединений других элементов. Элементы, кларки которых меньше 0,01%, называют редкими.

Основными соединениями, образующими литосферу, являются диоксид кремния, силикаты и алюмосиликаты. Бoльшую часть литосферы составляют кристаллические вещества, образовавшиеся при охлаждении магмы - расплавленного вещества в глубинах Земли. При остывании магмы образовывались и горячие растворы. Проходя по трещинам в окружающих горных породах, они охлаждались и выделяли содержащиеся в них вещества.

Поскольку некоторые минералы стабильны только при определенных условиях, при изменении температуры и давления они распадаются. Например, ряд силикатов, образующихся глубоко в коре при высоких температуре и давлении, становятся неустойчивыми, когда попадают на поверхность Земли. С другой стороны, на большой глубине под действием внутреннего тепла Земли и повышенного давления многие горные породы меняют свой вид, образуя новые кристаллические формы.

Поверхность континентальной коры подвержена действию атмосферы и гидросферы, что выражается в процессах выветривания. Физическое выветривание является механическим процессом, в результате которого порода размельчается до частиц меньшего размера без существенных изменений в химическом составе. Химическое выветривание приводит к образованию новых веществ, оно происходит под действием влаги, особенно подкисленной, и некоторых газов (например, кислорода), разрушающих минералы.

Простейший процесс выветривания - это растворение минералов. Вода вызывает разрыв ионных связей, соединяющих, например, катионы натрия и хлорид ионы в галите NaCl. В этом процессе не участвуют катионы водорода, поэтому он не зависит от рН.

При разрушении веществ, содержащих элементы в низких степенях окисления, например, сульфидов, большую роль играет кислород. В эти процессы часто вовлечены микроорганизмы. Так, окисление пирита FeS2 можно моделировать следующим рядом реакций. Сначала окисляется сера(-I):

2FeS2 + 2H2O + 7O2 = 4H+ + 4SO42- + 2Fe2+

Затем следует окисление железа(II), катализируемое железоокисляющими бактериями:

4Fe2+ + O2 + 6H2O = 4FeO(OH) + 8H+

Образующийся гетит FeO(OH) покрывает дно ручьев в виде характерного желто-оранжевого налета.

Железоокисляющие бактерии извлекают энергию при окислении неорганических веществ, поэтому они развиваются там, где нет органических соединений, используя в качестве источника углерода СО2. Однако окисление железа - не очень эффективный способ выработки энергии: для получения 1 г клеточного углерода должно быть окислено примерно 220 г железа(II). В результате там, где живут железоокисляющие бактерии, образуются большие отложения соединений железа(III).

Выветривание карбонатных минералов, например CaCO3, происходит при взаимодействии с кислотами, содержащимися в воде за счет поглощения диоксида углерода, а также антропогенного диоксида серы. При этом поверхностные воды нейтрализуются и обогащаются гидрокарбонат-ионами:

CaCO3 + H2CO3 = Ca2+ + 2HCO3-

Разрушение силикатов, например Mg2SiO4 (форстерит) можно описать следующим уравнением:

Mg2SiO4 + 4H2CO3 = 2Mg2+ + 4HCO3- + H4SiO4

Реакция идет за счет образования чрезвычайно слабой ортокремниевой кислоты, при этом минерал со временем полностью растворяется. Однако при выветривании более сложных силикатов растворимыми оказываются не все продукты. В общем случае в результате выветривания образуются, в основном, кварц и глинистые минералы - водосодержащие слоистые алюмосиликаты. Например, при выветривании CaAl2Si2O8 (анортит) твердым продуктом реакции является глинистый минерал каолинит:

CaAl2Si2O8 + 2H2CO3 + H2O = Ca2+ + 2HCO3- + Al2Si2O5(OH)4

На скорость выветривания влияет биосфера (где создается диоксид углерода), а также рельеф суши и климат, состав воды, тип материнской породы и кинетика реакций с участием отдельных минералов. Так, во влажных тропиках выветривание происходит быстрее. Это связано с тем, что высокие температуры ускоряют реакции, а постоянные ливни делают возможным быстрое вымывание и снос в моря и океаны даже практически нерастворимых соединений, например, оксидов алюминия и железа.

Продукты выветривания образуют рыхлые континентальные отложения, мощность которых меняется от 10-20 см на крутых склонах до десятков метров на равнинах и сотен метров - во впадинах. Средний минералогический состав рыхлого покрова суши заметно отличается от состава земной коры континентов.

На рыхлых покровных отложениях сформировались почвы, играющие важнейшую роль во взаимодействии живых организмов с земной корой. В почвах систематически консервируется значительная масса органического вещества, синтезированного высшими растениями. Окисление органического вещества в почвах катализируется ферментами микроорганизмов, при этом образуется диоксид углерода, который при взаимодействии с водой дает слабую угольную кислоту. Это может понизить рН почв до 4-5, что оказывает существенное влияние на процессы выветривания. Почва участвует в круговороте азота, серы и фосфора, а также многих металлов. Поэтому проблема охраны почв имеет большое значение.

На ранних этапах истории человечества деятельность людей почти не затрагивала глубины Земли. Однако с началом бурного развития промышленности резко возросли потребности человека в полезных ископаемых. Их добыча и переработка начали оказывать вредное воздействие на природу. При разработке открытых горных выработок образуется много пыли, загрязняющей окрестности. Огромные площади занимают отвалы «пустой» породы, образующиеся при добыче твердых полезных ископаемых. Откачка воды из горных выработок приводит к образованию подземных пустот. Многие горнодобывающие предприятия сбрасывают в реки недостаточно очищенные стоки, что ведет к загрязнению природных вод. В окружающую среду попадают вредные вещества из отвалов этих предприятий. Немало опасных веществ рассеивается при транспортировке руд и продуктов их переработки.

Загрязнение окружающей среды в результате добычи и переработки полезных ископаемых можно уменьшить, если использовать достижения науки и более совершенные технологии.

2. Строение поверхности Земли

Температура на поверхности находится в пределах от -85°C (внутренние районы Антарктиды) до +70°C (Западная Сахара). Средняя температура поверхности Земли - +12°C.

Большую часть поверхности Земли (более 2/3) занимает Мировой океан, оставшаяся треть приходится на сушу. Условия на поверхности Земли заметно отличаются от других планет: нигде, кроме как на Земле, нет воды в жидком состоянии, нет атмосферы, богатой кислородом. Именно благодаря воде более 3,8 млрд. лет тому назад на Земле смогла возникнуть жизнь.

Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана - 3 900 м, максимальная глубина - 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).

Возраст горных пород устанавливается по содержанию изотопов урана и тория. В естественной смеси урана содержится 99,28 % изотопа урана 238U, 0,714 % 235U, 0,006 % 234U. Период полураспада 238U Т1/2 = 4,5*109 лет. Конечным продуктом распадов этих элементов являются изотопы свинца и гелий. Чем больше продуктов распада и чем меньше самого радиоактивного вещества содержится в породе, тем больше возраст изучаемых горных пород. Изучая радиоизотопный состав коры Земли, обнаружили, что возраст земной коры около 4,55±0,07 млрд. лет.

Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши, саванны и редколесья --около 20%, леса --около 30%, ледники --свыше 10%. Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями. Значительная часть северных территорий представляет собой вечную мерзлоту. За минувшие 20 лет с начала подробных космических исследований с 1981г Северное полушарие нашей планеты стало гораздо зеленее. Одной из возможных причин такого феномена специалисты называют глобальное потепление климата. Если бы лед и снег на Земле растаяли, то уровень Мирового океана поднялся более чем на 50м, что привело бы к затоплению гигантских территорий.

Результаты нового анализа данных, полученных спутниками НАСА к концу 2002г, свидетельствуют о том, что площадь вечных льдов в Арктике уменьшается со скоростью, намного превосходящей ее ранние оценки. В период с 1978 по 2000 гг. площадь ледяного покрова в Северном Ледовитом океане уменьшилась на 1,2 млн. км2, что примерно равно площади Британии. Скорость его таяния составляет около 9% в десятилетие. Измерения, проводившиеся в предыдущие годы, давали скорость таяния, составлявшую примерно 3% в десятилетие. В 2002 году ледяная шапка была наименьшей за всю историю наблюдений. Сокращение поверхности ледяного покрова Северного Ледовитого океана отмечается на фоне тенденции к повышению средней летней температуры воздуха в приполярных регионах в среднем на 1,2 градуса за десятилетний период. Наибольшая скорость таяния отмечалась в Чукотском море и море Бофорта, в северных районах Канады и на Аляске.

Последние исследования с помощью космических спутников показали, что по экваториальной линии происходит увеличение диаметра Земли с 1998 года , то есть планета становится чуть более приплюснутой (расширяться в зоне экватора). Ученые столь озадачены этим феноменом, что пока не могут дать ясный ответ, что происходит с нашей планетой и чем это чревато.

К июлю 2002г специалисты NASA создали уникальную карту. Эта самая точная и подробная современная карта мира. В трехмерной графике здесь отмечены города, реки, горы, пустыни и моря. Одним нажатием кнопки можно совершить восхождение на Эверест или побывать в пустыне Сахара. Причем показывается не сразу конечная точка, а весь маршрут движения. Над созданием этой карты NASA работала почти два года, обработав на компьютере данные, полученные топографическим шаттлом - более триллиона различных отметок земной поверхности.

Литература

1. Ревель П., Ревель Ч. Среда нашего обитания. В четырех книгах (перевод с англ.). М., Мир, 1995

2. Химия и общество (перевод с англ.) М., Мир, 1995

3. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. Учеб. пособие для геогр., биол., геол., с.-х. спец. вузов. М., Высш. шк., 1998

4. Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т., Лисс П. Введение в химию окружающей среды (перевод с англ.). М., Мир, 1999

Размещено на Allbest.ru