Науки о земле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Науки о земле



1. Форма и размеры Земли. Внутреннее строение Земли. Земная кора, ее строение. Типы земной коры

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду. Средний диаметр планеты примерно равен 12 742 км.

Средний радиус	6 371,0 км
Окружность большого круга	40009,88 км
Площадь поверхности (S)	510 072 000 кмІ
Объём (V)	10,832073Ч1011 кмі
Масса (m)	5,9736Ч1024 кг

Земля имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя -- твёрдая.

Земная кора -- это верхняя часть твёрдой земли. От мантии отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн -- границей Мохоровичича. Бывает два типа коры -- континентальная и океаническая. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30--50 км на континентах[37]. В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава, плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга.

Мантия -- это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно перидотитами -- породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и др. Частичное плавление мантийных пород порождает базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъёме к поверхности земную кору.

Мантия составляет 67 % всей массы Земли и около 83 % всего объёма Земли. Она простирается от глубин 5--70 километров ниже границы с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км. Мантия расположена в огромном диапазоне глубин, и с увеличением давления в веществе происходят фазовые переходы, при которых минералы приобретают всё более плотную структуру. Наиболее значительное превращение происходит на глубине 660 километров. Термодинамика этого фазового перехода такова, что мантийное вещество ниже этой границы не может проникнуть через неё, и наоборот. Выше границы 660 километров находится верхняя мантия, а ниже, соответственно, нижняя. Эти две части мантии имеют различный состав и физические свойства. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены, и число прямых данных весьма невелико, можно уверенно утверждать, что её состав со времён формирования Земли изменился значительно меньше, чем верхней мантии, породившей земную кору.

Ядро -- центральная, наиболее глубокая часть Земли, геосфера, находящаяся под мантией и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью другихсидерофильных элементов. Глубина залегания -- 2900 км. Средний радиус сферы -- 3,5 тыс. км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра Земли достигает 5000 С, плотность около 12,5 т/мі, давление до 361 ГПа. Масса ядра -- 1,932Ч1024 кг.

Земная корам -- внешняя твёрдая оболочка Земли (геосфера). Разделяет кору и мантию граница Мохо. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы. Земля обладает корой двух типов: континентальной и океанической.

Масса земной коры оценивается в 2,8Ч1019 тонн (из них 21 % -- океаническая кора и 79 % -- континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли.

Океаническая кора состоит главным образом из базальтов. океаническая кора относительно молодая, и самые древние её участки датируются позднейюрой. Толщина океанической коры практически не меняется со временем, поскольку в основном она определяется количеством расплава, выделившегося из материала мантии в зонах срединно-океанических хребтов. До некоторой степени влияние оказывает толщина осадочного слоя на дне океанов. В разных географических областях толщина океанической коры колеблется в пределах 5-7 километров.

Стандартная океаническая кора имеет мощность 7 км, и строго закономерное строение. Сверху вниз она сложена следующими комплексами:

осадочные породы, представленные глубоководными океаническими осадками.

базальтовые покровы, излившиеся под водой.

дайковый комплекс, состоит из вложенных друг в друга базальтовых даек.

слой основных расслоенных интрузий

мантия, представлена дунитами и перидотитами.

В подошве океанической коры обычно залегают дуниты и перидотиты

Континентальная кора имеет трёхслойное строение. Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Большая часть коры сложена под верхней корой -- слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов, обладающим низкой плотностью и древней историей. Ниже находится нижняя кора, состоящая из метаморфических пород -- гранулитов и им подобных.

Состав верхней континентальной коры

Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов. Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 25% -- на кремний. Всего 18 элементов: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl, P, S, N, Mn, F, Ba -- составляют 99,8 % массы земной коры. земная кора состоит из множества пород разнообразного состава В разных районах могут быть распространены совершенно разные типы пород.

2. Эндогенные процессы, виды магматизма. Строение вулкана

Эндогенные процессы - рельефообразующие процессы, происходящие главным образом в недрах Земли и обусловленные ее внутренней энергией, силой тяжести и силами, возникающими при вращении Земли.

Эндогенные процессы проявляются в виде тектонических движений, магматизма, в деятельности грязевых вулканов и др.

Эндогенные процессы играют главную роль при образовании крупных форм рельефа.

Магматизм -- термин, объединяющий эффузивные (вулканизм) и интрузивные (плутонизм) процессы в развитии складчатых и платформенных областей. Под магматизмом понимают совокупность всех геологических процессов, движущей силой которых является магма и её производные.

Магматизм является проявлением глубинной активности Земли; он тесно связан с ее развитием, тепловой историей и тектонической эволюцией.

Выделяют магматизм:

геосинклинальный,

платформенный,

океанический,

магматизм областей активизации.

По глубине проявления:

абиссальный,

гипабиссальный,

поверхностный.

По составу магмы:

ультраосновной,

основной,

средний,

кислый,

ультракислый.

В современную геологическую эпоху магматизм особенно развит в пределах Тихоокеанского геосинклинального пояса, срединно-океанических хребтов, рифтовых зон Африки и Средиземноморья и др. С магматизмом связано образование большого количества разнообразных месторождений полезных ископаемых.

Вулканы образуются в процессе формирования литосферы - верхней оболочки нашей планеты. Вулканические процессы происходят в местах глубинных разломов земной коры.

Типичный вулкан - это гора или реже целый хребет. Из недр земли на поверхность проходит вертикальный канал, по которому поднимается магма. Место выхода магмы называется жерлом, их на одном вулкане может быть несколько.

Извержения вулканов происходят, когда давление выталкивает магму вверх. По пути магма теряет часть газов и водных паров и, уже дойдя до поверхности, превращается в лавовый поток.

После каждого извержения лава застывает в виде твердой корки, слой за слоем, увеличивая высоту вулкана. Так образуются слоистые вулканы или стратовулканы. Но бывает и такое, что во время извержения подземный магматический очаг опустошается, и верхняя часть вулкана проваливается. Такие вулканы называются кальдерами - «котлами». Случается, что в образовавшейся кальдере вырастает новый конус вулкана, занимая ее часть или поглощая полностью. В мире встречаются и хребтообразные вулканы. Они появляются в результате того, что центр извержения постоянно смещается, что приводит к появлению нескольких конусов-жерл.

Кроме этого, вулканы условно делят на уснувшие, потухшие и действующие.

Действующие вулканы - это те, что извергаются постоянно или периодически в настоящее время или извергались в недалеком прошлом. К ним также относят вулканы, об извержении которых ничего не известно, но в непосредственной близости от которых на поверхность земли выходят горячие газы и вода. Уснувшие вулканы - это те, которые не проявляют признаков активности долгое время. Потухшими считают вулканы, которые не только не проявляют активности, но уже стали разрушаться.

Это деление довольно условно, так до сих пор не существует возможности точно определить, является вулкан потухшим или он только уснул.

3. Минералы и их свойства. Классификация минералов

Минерал (фр. minйral, от позднелат. minera -- руда) -- природное тело с определённым химическим составом икристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определёнными физическими, механическими и химическими свойствами. Является составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов

Важнейшими характеристиками минералов являются кристаллохимическая структура и состав. Все остальные свойства минералов вытекают из них или с ними взаимосвязаны. Важнейшие свойства минералов, являющиеся диагностическими признаками и позволяющие их определять, следующие:

Габитус кристаллов. (наружный вид кристаллов) Выясняется при визуальном осмотре, для рассматривания мелких образцов используется лупа

Твердость. Определяется по шкале Мооса

Блеск -- световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала.

Спайность -- способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям.

Излом -- специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе.

Цвет -- признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы, турмалины).

Цвет черты -- цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита.

Магнитность -- зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита.

Побежалость -- тонкая цветная или разноцветная плёнка, которая образуется на выветрелой поверхности некоторых минералов за счёт окисления.

Хрупкость -- прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, то есть быть хрупкими (например, алмаз)

Эти свойства минералов легко определяются в полевых условиях. К другим свойствам минералов относятся, например, оптические свойства: Преломление, Дисперсия иПоляризация, которые характеризуются их оптическими константами: показатель преломления, угол между оптическими осями, оптический знак кристалла, ориентация оптической индикатрисы и др.

Общепринятая в настоящее время кристаллохимическая классификация минералов подразделяет все их на КЛАССЫ и выглядит следующим образом:

I. Раздел Самородные элементы и интерметаллические соединения

II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения

1. класс Сульфиды и им подобные соединения

2. класс Сульфосоли

III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды)

1. класс Фториды

2. класс Хлориды, бромиды и иодиды

IV. Раздел Окислы (оксиды)

1. класс Простые и сложные окислы

2. класс Гидроокислы или окислы, содержащие гидроксил

V. Раздел Кислородные соли (оксисоли)

1. класс Нитраты

2. класс Карбонаты

3. класс Сульфаты

4. класс Хроматы

5. Класс Вольфраматы и молибдаты

6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты

7. Класс Бораты

8. Класс Силикаты

А. Островные силикаты.

Б. Цепочечные силикаты.

В. Ленточные силикаты.

Г. Слоистые силикаты.

Д. Каркасные силикаты.

VI. Раздел Органические соединения

Основные типы горных пород. Классификация горных пород.

Гомрные поромды -- природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Планеты и другие твёрдые космические объекты состоят из горных пород.

По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (эффузивные и интрузивные), осадочные и метаморфические.

Магматические горные породы (первичные)

По глубине формирования породы делятся на три группы: породы кристаллизующиеся на глубине -- интрузивные горные породы, например, гранит. Они образуются при медленном остывании магмы и обычно хорошо раскристаллизованны; гипабисальные горные породы образуются при застывании магмы на небольших глубинах, и часто имеют неравномернозернистые структуры (долерит). Эффузивные горные породы формируются на земной поверхности или на дне океана (базальт, риолит, андезит).

Подавляющее большинство природных магм содержат в качестве основного компонента кремний и представляют собой силикатные расплавы. Много реже встречаются карбонатные и сульфидные и металлические расплавы. Из карбонатных раплавов образуются карбонатные магматические горные породы -- карбонатиты. В XX-том веке зафиксированно несколько извержений вулканов с карбонатитовыми магмами. Сульфидные и металлические расплавы образуются в следстивие несмесимости и ликвации с силикатными жидкостями.

Важнейшей характеристикой магматической породы является состав. Существует несколько классификаций магматических горных пород по составу (номенклатура горных пород). Наибольшее значение имеет классификация по содержанию в породах кремнезёмаSiO2, и щелочей(Na2O + K2O). По содержанию щелочей породы делятся на серии. Выделяются породы нормальной, субщелочной и щелочной серий. Формальным признаком такого деления служит появление в породе специфических щелочных минералов. По содержанию SiO2 породы разделены на ультраосномвные -- SiO2 в породе меньше 45 %, осномвные -- если содержание SiO2 находится в диапазоне от 45 % до 54 %, средние -- если от 54 до 65 % и кислые -- содержание SiO2 больше 65 %.

Образование магматических пород непрерывно происходит и сейчас, в зонах активного вулканизма и горообразования.

Метаморфические горные породы (видоизмененные)

Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород. Факторами, вызывающими эти изменения, могут быть: близость застывающего магматического тела и связанное с этим прогревание метаморфизуемой породы; воздействие отходящих от этого тела активных химических соединений, в первую очередь различных водных растворов (контактовый метаморфизм), или погружение породы в толщу земной коры, где на неё действуют факторы регионального метаморфизма --высокие температуры и давления.

Типичными метаморфическими Г. п. являются гнейсы, разные по составу кристаллические сланцы, контактовые роговики, скарны,амфиболиты, мигматиты и др. Различие в происхождении и, как следствие этого, в минеральном составе Г. п. резко сказывается на их химическом составе и физических свойствах.

Осадочные горные породы (вторичные)

Осадочные горные породы образуются на земной поверхности и вблизи неё в условиях относительно низких температур и давлений в результате преобразования морских и континентальных осадков. По способу своего образования осадочные породы подразделяются на три основные генетические группы: обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты) -- грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних; глинистые породы --дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных иалюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды; хемогенные, биохемогенные и органогенные породы -- продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, кремнистые породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, органогенные известняки). Промежуточное положение между осадочными и вулканическими породами занимает группа эффузивно-осадочных пород. Между основными группами осадочных пород наблюдаются взаимные переходы, возникающие в результате смешения материала разного генезиса. Характерной особенностью осадочных Г. п., связанной с условиями образования, является ихслоистость и залегание в виде более или менее правильных геологических тел (пластов). По геологическому происхождению (генезису) горные породы разделяются на три основные группы с подгруппами: I. Изверженные (магматические) -- первичные: А. Глубинные (интрузивные) -- граниты, сиениты, диориты, габбро и др.

Б. Излившиеся (эффузивные)--диабазы, порфиры, базальты, туфовые лавы и др.

II. Осадочные -- вторичные:

А. Механические, обломочные отложения: 1)рыхлые -- валуны, щебень, гравий, песок; 2) сцементированные -- песчаники, конгломераты, брекчии.

Б. Органогенные и химические образования --различные известняки, доломиты, магнезиты, гипс, ангидрит.

III. Метаморфические (видоизмененные)--гнейс, мраморы, кварциты.

Шкала геологического времени. Геохронологическая таблица.

Шкала геологического времени

Эра, продолжительность, млн. лет	Период, родолжительность, млн. лет	Время начала периода млн.лет	Главнейшие особенности органического мира.
Кайнозойская, 67	Четвертичный, 1.5 - 2	1.5 - 2	Появление и развитие человека.
	Неогеновый, 23	25	Развитие млекопитающих и покрытосеменных растений.
	Палеогеновый, 42	67
Мезозойская,165	Меловой,70	137	Первые покрытосеменные растения. Примитивные млекопитающие. Вымирание гигантских рептилий, аммонитов и белемнитов.
	Юрский, 55	195	Расцвет гигантских рептилий. Появление птиц. Аммониты и белемниты. Цикадовые и хвойные растения.
	Триасовый, 40	230	Рептилии. Аммониты. Цикадовые, хвойные и гингковые растения.
	Пермский, 55	285	Появление рептилий, хвойных и цикадовых растений. Вымирание ряда групп беспозвоночных.
Палеозойская, 345	Каменноугольный, 65	350	Плауновые и хвощевые древовидные растения. Древовидные папоротники. Амфибии. Различные беспозвоночные.
	Девонский, 55	405	Псилофиты. Панцирные рыбы. Древние кораллы. Аммониты, Брахиоподы
	Силурийский,35	440	Псилофиты. Панцирные рыбы. Древние кораллы. Брахиоподы. Граптолиты.
	Ордовикский, 60	500	Трилобиты. Граптолиты.
	Кембрийский, 70	570	Водоросли. Трилобиты. Археоциаты.
Протерозойская, 2030		2600	Водоросли. Беспозвоночные (медузы, плоские черви, одиночные и колониальные полипы ).
Археозойская, > 900		> 3500	Зарождение примитивных форм жизни.

Свойства почв (валовой химический состав, кислотность, почвенный поглощающий комплекс, содержание солей, буферная способность почв, биологическая активность почв)

Почва -- поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием, образовавшийся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов.

Химический состав. В основном в состав почв входят следующие элементы (в % к валовому количеству): кислород (содержится преимущественно в органическом веществе) - 55; кремний (значительная часть в кварце) - 20; углерод (в гумусе, органических остатках) - 2; водород (больше в гумусе) - 5; азот (в основном в гумусе) -0,1; фосфор (в гумусе, в минеральной части) - 0,08; сера (в гумусе) - 0,04; железо - 2; кальций - 2; магний - 0,6; калий - 1; натрий - 1.

Кислотность почвы[1] -- способность почвы проявлять свойства кислот.

Для характеристики почвенной кислотности используется целый ряд показателей.

Актуальная кислотность -- это pH почвенного раствора (на практике измеряется pH водной вытяжки при соотношении почва:вода = 1:2,5 для минеральных почв и 1:25 для торфяных).

Параметры потенциальной кислотности учитывают также влияние катионов ППК, которые могут подкислять почвенный раствор (H+ и Al3+).

К ним относится обменная кислотность -- pH солевой вытяжки (1 н. раствор KCl), а также гидролитическая кислотность -- pH вытяжки раствором гидролитически щелочнойCH3COONa (позволяет более полно вытеснить H+ из ППК).

Повышенная кислотность почвы негативно сказывается на росте большинства культурных растений за счёт уменьшения доступности ряда макро- и микроэлементов, и наоборот, увеличения растворимости токсичных соединений марганца, алюминия, железа, бора и др., а также ухудшения физических свойств. Для снижения кислотности прибегают кизвесткованию.

Почвы подразделяются на кислые, щелочные и нейтральные. Кислые и щелочные почвы имеют пограничные градации. Так, кислые почвы в зависимости от степени закисленности могут быть сильно-, средне- и слабокислыми, а щелочные, соответственно, слабо-, средне- и сильнощелочными. Показатель рН увеличивается от кислотного к щелочному состоянию почвы. Нейтральным считается показатель рН, равный 7, при более низком значении почва является кислой, при более высоком - щелочной. Уровень кислотности почвы имеет большое влияние на ряд ее показателей, а также на рост и развитие растений. Только в нейтральной среде растения способны полностью усваивать необходимые для их жизни питательные вещества. При показателе рН выше или ниже нейтрального питательные вещества становятся недоступными для растений, даже если почва хорошо удобрена.

4. Почвенный поглощающий комплекс и его характеристики

земля мантия магматизм

Обменная поглотительная способность почвы обусловлена наличием в нем почвенного поглощающего комплекса (ГПК).

ГПК -- это совокупность минеральных, органических и органо-минеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощены ионы.

Почва относится к гетерогенных полидисперсных образований, для которых коллоидное состояние вещества имеет большое значение. Поглотительной способностью обладают как коллоидные частицы, так и передколоидна фракция. Диаметр частиц 1 мкм представляет собой границу, отделяющую механические элементы с резко выраженной поглотительной способностью.

Общее количество всех поглощенных (обменных) катионов, которые могут быть вытеснены из почвы, называется емкостью поглощения (ЕП) , или емкостью катионного обмена (Эко) .

Содержание солей. В почвах часто накапливаются водно-растворимые соли минеральных кислот, таких, как угольная (Na2CO3, CaCO3, MgCO3, NaHCO3), соляная (NaCl, СаСl2, MgCl2), серная (Na2SO4, CaSO4, MgSО4) и др. По степени растворимости в воде простые соли делятся на мало-, средне- и легкорастворимые. Малорастворимые соли в почвах -- MgCO3 и СаСO3 -- карбонаты кальция и магния, среднерастворимая соль -- CaSO4 2Н2O -- гипс, остальные соли относятся к легкорастворимым. Легкорастворимые соли в концентрациях более 0,25% токсичны для растений.

Обычно в профиле незасоленных почв соли распределяются в соответствии с их растворимостью. Легкорастворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля, среднерастворимая соль -- гипс появляется на значительной глубине (150-200 см), и несколько выше по профилю залегают малорастворимые соли -- карбонаты.

БУФЕРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ - устойчивость и противостояние почв изменению их свойств и состава при внешнем воздействии помимо природных факторов почвообразования. Наиболее изучена физико-химическая буферность почв как способность противостоять изменению ее реакции (рН). Наиболее низкой буферностью обладают песчаные почвы, наиболее высокой -- глинистые. Высокобуферные почвы можно удобрять повышенными дозами кислых и щелочных удобрений без риска резкого смещения реакции. На малобуферных почвах нельзя вносить высокие дозы таких удобрений без их нейтрализации. Б.с.п. в значительной мере обусловлена содержанием в почве коллоидов, гумуса и кальциевых солей. Существуют и другие формы буферности почв, например, способность противостоять изменению солевого состава и концентрации солей в почвенном растворе, что важно учитывать при орошении минерализованными водами, когда в первые годы за счет поглотительной способности почв, обменных и других реакций концентрация и состав солей в почвенном растворе поддерживается на приемлемом для растений уровне. То же может относиться и к способности почв противостоять влиянию загрязнения различными веществами, мелиоративным воздействиям, направленным на изменение режима почвообразования. Следует иметь в виду, что Б.с.п. имеет свои пределы противостояния воздействиям, которые можно измерять через количество воздействующего вещества, интенсивность процесса (режим) и время воздействия. На практике крайне допустимая мера воздействия выражается через предельно допустимые концентрации токсических веществ при использовании ядохимикатов, загрязнении почв тяжелыми металлами, нефтепродуктами и другими веществами, а также нормы орошения и нормы осушения, глубину обработки и т.д. Превышение допустимых норм ведет к деградации почв.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ, совокупность биол. и биохимич. процессов, протекающих в почве и связанных с жизнедеятельностью почвенной фауны, микрофлоры почвы и корней растений. О Б. а. п. судят по интенсивности процессов газообмена между почвой и атмосферой (потребление кислорода и выделение углекислоты), образования тепловой энергии почвенными организмами, содержанию аденозинтрифосфата в почве, её ферментативной активности, интенсивности нитрификации и аммонификации (и их соотношению), активности азотфиксации, по общему кол-ву микрофлоры на 1 г сухой почвы (см. Биогенностъ почвы) и др. Б. а. п. в значит, степени определяет естеств. плодородие лесных почв. По Б. а. п. можно судить об эффективности окультуривания почвы.

5. Морфологическое строение основных типов почв

Морфологическое строение почвы

Почва представляет собой иерархически построенную естественную систему, которая состоит из морфологических элементов разного уровня. Это природные тела внутри почвы, которые имеют четкие или диффузные границы, а также свои специфические форму и свойства.

Морфологическими элементами грунта являются генетические горизонты, структурные агрегаты, новообразования, включения и поры. Различаются они между собой по форме и внешними свойствами -- морфологическими признаками. Морфологическим признакам почв является форма элементов, характер их границ, окраски, гранулометрический состав, взаимное расположение и соотношение в пространстве твердых частиц и связанных с ними пор, характер поверхности, плотность, твердость, некоторые физические свойства (липкость, пластичность) и т.д. Главной особенностью, что их объединяет, является легкость в визуальном определении.

Для морфологического строения торфяных почв верховых и переходных болот характерны большая мощность торфяной залежи (до нескольких метров), низкая разложенность торфа, слоистость профиля, в котором выделяются бурые, темно-бурые, буро-коричневые и коричневые слои торфа. В профиле торфяных почв могут встречаться горизонтальные прослойки вулканических песков и пеплов. Чем ближе к вулканам залегают торфяные почвы, тем больше количество таких прослоек и тем они мощнее. Торфяные почвы, подвергающиеся сильному влиянию пеплопадов, могут классифицироваться как торфяные вулканические почвы верховых и переходных болот.

морфологическое строение подзолистых почв:

А0 -- лесная подстилка мощностью 2-10 см,

A0A1 -- переходный органогенный горизонт мощностью 5-7 см,

А2 -- подзолистый горизонт мощностью 8-12 см,;

Bh -- иллювиалыю-гумусовый горизонт мощностью 20-55 см,

BC -- элювий или элюво-делювий коренных пород.

Морфологическое строение вулканических почв:

А0 -- полуразложившаяся лесная подстилка мощностью 6-8 см,

A0A1 -- переходный перегнойно-гумусовый горизонт мощностью 3-7 см

A1A2 или А2 -- переходный оподзоленный или подзолистый горизонт мощностью около 4 см,

Bh -- иллювиально-гумусовый горизонт мощностью 6-10 см,

КП -- слой крупного вулканического песка мощностью 1-10 см

А'погр -- гумусовый горизонт первого погребенного элементарного профиля мощностью 5-15 см,

В'охр --из вулканических пеплов,

морфологическое строение арктических почв:

А0 -- моховая и лишайниковая подушка мощностью 2-3 см;

А1 -- гумусовый горизонт мощностью 0-10 см,

А1C -- переходный горизонт мощностью 35-45 см

С -- материнская порода, иногда состоящая из обломков пород буроватого цвета, мерзлая, с линзами и кристаллами льда.

морфологическое строение песчаных пустынных почв:

В верхней части выделяется слой свеженавеянного песка мощностью 5-6 см.

А -- гумусовый горизонт мощностью 5(6)-20(30) см, песчаный, содержит большое количество неразложившихся корешков; на глубине 20-30 см отмечается слабое покраснение, выделения карбонатов в форме расплывшихся пятен; до глубины 30-50 см часто встречаются плотные карбонатные стяжения с железистыми пятнами; горизонт переходит в почвообразующую породу -- горизонт С.

морфологическое строение красноземов:

A0 -- лесная дернина или подстилка мощностью 2-4 см,

A1 -- гумусовый горизонт мощностью 12-25 см,

АВ -- первый переходный горизонт мощностью 20-35 см,

В -- второй переходный горизонт мощностью 30-45 см,

С -- красноземная кора выветривания,

морфологическое строение коричневых почв:

А -- гумусовый горизонт мощностью 25-50 см

Btк -- метаморфический горизонт мощностью около 30 см,

ВСк -- метаморфический, переходный к породе карбонатный горизонт мощностью 20-35 см,

Ск -- карбонатная почвообразующая порода.

морфологическое строение чернозема:

A0 -- степной войлок, состоит из переплетенных стеблей и листьев степных трав, мощность 3-4 см;

А -- гумусовый горизонт мощностью от 60 до 100 (130) см, преобладает мощность 80-100 см,

АВ -- гумусовый горизонт,

Вк -- переходный иллювиально-карбонатный горизонт

Ск -- карбонатная материнская порода палевого цвета.

Органическое вещество почвы (Типы гумуса, состав гумусовых веществ, профильное распределение гумуса)

Гуммус -- основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям . Гумус составляет 85--90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности.

Тип Гумуса Фульватный -- гумус, в составе которого преобладают фульвокислоты; отношение

Тип Гумуса Гуматный -- гумус, в составе которого преобладают гуминовые кислоты

Гумус, состав - Гумус - это сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении органических остатков. Содержание гумуса в почвах определяется условиями и характером почвообразовательного процесса; оно колеблется в верхних горизонтах от 1 - 2 до 12 - 15%, резко или постепенно уменьшаясь с глубиной.

В составе почвенного гумуса выделяют специфическую часть (85 - 90 % всего гумуса), представленную гумусовыми веществами, и неспецифическую часть (10 - 15%), представленную негумифицированными органическими веществами. Последние по своему составу могут, быть весьма разнообразны и включать: азотистые соединения (белки, ферменты, аминокислоты), углеводы (моносахариды, олигосахариды, полисахариды), липиды (жиры, воски, фосфолипиды), дубильные вещества (таннины, галловая кислота, флобафены и другие полифенолы), органические кислоты; кроме того, лигнины, смолы, спирты, альдегиды.

Гумусовые вещества почвы представлены гуминовыми и фульвокислотами, а также гуминами.

Гуминовые кислоты - это высокомолекулярные азотсодержащие (до 3 - 6%) органические кислоты, имеющие циклическое строение, не растворимые в воде и минеральных кислотах, но растворимые в слабых щелочах и некоторых органических растворителях.

Гуминовые кислоты состоят из углерода (50 - 62%), водорода (3 - 7%), кислорода (31 - 40%) и азота (2 - 6%). Их элементный состав зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. В составе гуминовых кислот может содержаться от 1 до 10 % зольных элементов, однако они не являются постоянными компонентами молекулы, а присоединяются в результате химических реакций.

Гуматы щелочей (натрия, калия, аммония) хорошо растворимы в воде, образуют истинные и коллоидные растворы, могут вымываться из верхних горизонтов почв, а при соответствующих условиях - иллювироваться в глубину почвенного профиля и там осаждаться и накапливаться.

Гуматы кальция и магния нерастворимы в воде и закрепляются в почве в виде гелей. Они способны склеивать и цементировать механические элементы в агрегаты и способствуют образованию водопрочной структуры.

Фульвокислоты, как и гуминовые кислоты, представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворяются в воде, кислотах, слабых растворах щелочей, пирофосфата натрия и водном растворе аммиака, образуя водорастворимые соли - фульваты. Кроме того, они растворяются во многих органических растворителях

Фулызатные соли (фульваты) щелочных и щелочно - земельных металлов хорошо растворимы. Комплексные соединения фульвокислот с железом и алюминием также частично растворимы, причем фульватно - железистые сильнее, чем комплексы с алюминием. Степень подвижности таких комплексных соединений зависит от насыщенности их металлом. При высокой насыщенности комплекс становится нерастворимым и выпадает в осадок.

Гумины представляют ту часть гумуса, которая не извлекается из декальцинированной почвы щелочами. Они почти полностью извлекаются при попеременном воздействии на остаток почвы с гуминами различных кислот и щелочей. Исследования показали, что в большинстве случаев гумины состоят из тех же групп гуминовых и фульвокислот, что и извлекаемые щелочью из гумуса. Эти кислоты в гуминах находятся в сложных и проч ных связях как между собой, так и с минеральной частью почвы.

В группу гуминов входят также инертные карбонизированные углистые частицы и неполностью гумифицированные органические остатки. Содержание гуминов в гумусе составляет 15 - 20%, а в некоторых почвах даже 40 - 48 %.

6. Факторы почвообразования. Физико-химические процессы в почве

К факторам почвообразования относятся: почвообразующие породы, растительные и животные организмы, климат, рельеф, возраст, вода (почвенная и грунтовая), хозяйственная деятельность человека.

Почвообразующие породы

Почвообразующие породы -- субстрат, на котором образуются почвы; они состоят из различных минеральных компонентов, в той или иной степени участвующих в почвообразовании. Минеральное вещество составляет 60-90% всего веса почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почвы -- водный и тепловой ее режимы, скорость передвижения веществ в почве, минералогический и химический состав, первоначальное содержание элементов питания для растений.

От характера материнских пород в большой мере зависит и тип почв. Например, в условиях лесной зоны, как правило, формируются почвы подзолистого типа. Если в пределах этой зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов калия, формируются почвы подзолистого типа. Если в пределах этой зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов кальция, формируются почвы, значительно отличающиеся от подзолистых.

Растительность

Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Основная роль при этом принадлежит растительности. Зеленые растения являются практически единственными создателями первичных органических веществ. Поглощая из атмосферы углекислый газ, из почвы -- воду и минеральные вещества, используя энергию солнечного света, они создают сложные органические соединения, богатые энергией. Наибольшее количество органических веществ дают лесные сообщества, особенно в условиях влажных тропиков. Меньше органического вещества создается в условиях тундры, пустынь, болотистой местности и т.п.

В процессе отмирания как целых растений, так и отдельных их частей органические вещества поступают в почву (корневой и наземный спад). Количество годового спада колеблется в значительных пределах: во влажных тропических лесах он достигает 250 ц/га, в арктических тундрах -- менее 10 ц/га, а в пустынях -- 5--6 ц/га. На поверхности почвы органическое вещество под воздействием животных, бактерий, грибов, а также физических и химических агентов разлагается с образованием почвенного гумуса. Зольные вещества пополняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал образует так называемую лесную подстилку (в лесах) или войлок (в степях и лугах). Эти образования оказывают влияние на газообмен почвы, проницаемость осадков, на тепловой режим верхнего слоя почвы, почвенную фауну и жизнедеятельность микроорганизмов.

Растительность оказывает влияние на структуру и характер органических веществ почвы, ее влажность. Степень и характер влияния растительности как почвообразующего фактора зависит от видового состава растений, густоты их стояния, химизма и многих других факторов.

Животные организмы

Основная функция животных организмов в почве -- преобразование органических веществ. В почвообразовании принимают участие как почвенные, так и наземные животные. В почвенной среде животные представлены главным образом беспозвоночными и простейшими. Некоторое значение имеют также позвоночные (например, кроты и др.), постоянно живущие в почве. Почвенные животные делятся на две группы: биофагов, питающихся живыми организмами или тканями животных организмов, и сапрофагов, использующих в пищу органическое вещество. Главную массу почвенных животных составляют сапрофаги (нематоды, дождевые черви и др.). На 1 га почвы приходится более 1 млн. простейших, на 1 м -- десятки червей, нематод и других сапрофагов. Огромная масса сапрофагов, поедая мертвые растительные остатки, выбрасывает в почву экскременты. Согласно подсчетам Ч. Дарвина, почвенная масса в течение нескольких лет полностью проходит через пищеварительный тракт червей. Сапрофаги влияют на формирование почвенного профиля, содержание гумуса, структуру почвы.

Самыми многочисленными представителями наземного животного мира, участвующими в почвообразовании, являются мелкие грызуны (мыши-полевки и др.).

Растительные и животные остатки, попадая в почву, подвергаются сложным изменениям. Определенная их часть распадается до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации), другие переходят в новые сложные органические вещества самой почвы.

Микроорганизмы

Огромное значение в осуществлении этих процессов в почве имеют микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, низшие грибы, одноклеточные водоросли, вирусы и др.), весьма разнообразные как по своему составу, так и по биологической деятельности. Микроорганизмы в почве исчисляются миллиардами на 1 га. Они принимают участие в биотическом круговороте веществ, разлагают сложные органические и минеральные вещества на более простые. Последние утилизируются как самими микроорганизмами, так и высшими растениями. Органическое вещество почвы, образовавшееся в ней при разной степени разложения растительных и животных остатков, получило название гумус или перегной.

Климат

К числу важнейших факторов почвообразования относится климат. С ним связаны тепловой и водяной режимы почвы, от которых зависят биологические и физико-химические почвенные процессы. Под тепловым режимом понимают совокупность процессов теплообмена в системе «приземный слой воздуха -- почва -- почвообразующая порода». Тепловой режим обуславливает процессы переноса и аккумуляции тепла в почве. Характер теплового режима определяется главным образом соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии Солнца и теплового излучения почвы. Он зависит от окраски почвы, характера поверхности, теплоемкости, влажности и других факторов. Заметное влияние на тепловой режим почвы оказывает растительность.

Водный режим

Водный режим почвы в основном определяется количеством атмосферных осадков и испаряемостью, распределением осадков в течение года, их формой (при ливневых дождях вода не успевает проникнуть в почву, стекает в виде поверхностного стока).

Климатические условия

Климатические условия оказывают косвенное влияние и на такие факторы почвообразования, как почвообразующие породы, растительный и животный мир и др. С климатом связано распространение основных типов почв.

Рельеф

Рельеф -- один из факторов перераспределения по земной поверхности тепла и воды. С изменением высоты местности меняются водный и тепловой режимы почвы. Рельефом обусловлена поясность почвенного покрова в горах. С особенностями рельефа связан характер влияния на почву грунтовых, талых и дождевых вод, миграция водорастворимых веществ.

Время

К числу факторов почвообразования относится время -- необходимое условие для любого процесса в природе. Абсолютный возраст почв Восточно-европейской равнины, Западной Сибири, Северной Америки и Западной Европы, определенный радиоуглеродным методом, -- от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Наконец, существенным фактором почвообразования, особенно в последнее время, является хозяйственная деятельность человека.

Классификация почв.

Основой научной классификации почв является точка зрения на почву как на самостоятельное особое тело природы, такое же, как минералы, растения и животные. Согласно этой точке зрения, классификация почв должна основываться не только на их признаках и свойствах, но и на особенностях их генезиса, т. е. происхождения. Первая такая генетическая классификация почв была разработана В. В. Докучаевым.

Основной единицей классификации почв является тип почв. Понятие «тип почв» имеет такое же важное значение в почвоведении, как вид в биологической науке. Под типом почв понимают почвы, образованные в одинаковых условиях и обладающие сходными строением и свойствами.

К одному типу почв относятся почвы:

со сходными процессами превращения и миграции веществ;

со сходным характером водно-теплового режима;

с однотипным строением почвенного профиля по генетическим горизонтам;

со сходным уровнем природного плодородия;

с экологически сходным типом растительности.

Широко известны такие типы почв, как подзолистые, черноземы, красноземы, солонцы, солончаки и др.

Каждый тип почв последовательно подразделяется на подтипы, роды, виды, разновидности и разряды.

Подтипы почв представляют собой группы почв, различающиеся между собой по проявлению основного и сопутствующего процессов почвообразования и являющиеся переходными ступенями между типами. Например, при развитии в почве наряду с подзолистым процессом дернового процесса формируется подтип дерново-подзолистой почвы. При сочетании подзолистого процесса с глеевым процессом в верхней части почвенного профиля формируется подтип глееподзолистой почвы.

Подтиповые особенности почв отражаются в особых чертах их почвенного профиля. При выделении подтипов почв учитываются процессы и признаки, обусловленные как широтнозональными, так и фациальными особенностями природных условий. Среди последних первостепенную роль играют термические условия и степень континентальности климата.

В пределах подтипов выделяются роды и виды почв. Роды почв выделяются внутри подтипа по особенностям почвообразования, связанным прежде всего со свойствами материнских пород, а также свойствами, обусловленными химизмом грунтовых вод, или со свойствами и признаками, приобретенными в прошлых фазах почвообразования (так называемые реликтовые признаки).

Роды почв выделяются в каждом типе и подтипе почв. Вот самые распространенные из них:

обычный род, т. е. отвечающий по своему характеру подтипу почв; при определении почв название рода «обычный» опускается;

солонцеватые (особенности почв определяются химизмом грунтовых вод);

остаточно-солонцеватые (особенности почв определяются засоленностью пород, которая постепенно снимается);

солончаковатые;

остаточно-карбонатные;

почвы на кварцево-песчаных породах;

почвы контактно-глеевые (формируются на двучленных породах, когда супесчаные или песчаные толщи подстилаются суглинистыми или глинистыми отложениями; на контакте смены наносов образуется осветленная полоса, образующаяся за счет периодического переувлажнения);

остаточно-аридные.

Виды почв выделяются в пределах рода по степени выраженности основного почвообразовательного процесса, свойственного определенному почвенному типу.

Для наименования видов используют генетические термины, указывающие на степень развития этого процесса. Так, для подзолистых почв -- степень подзолистости и глубина оподзоливания; для черноземов -- мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, степень выщелоченности; для солончаков -- характер распределения солей по профилю, морфология поверхностного горизонта (пухлые, отакыренные, выцветные).

Внутри видов определяются разновидности почв. Это почвы одного и того же вида, но обладающие различным механическим составом (например, песчаные, супесчаные, суглинистые, глинистые). Почвы же одного вида и одного механического состава, но развитые на материнских породах разного происхождения и разного петрографического состава, выделяются как почвенные разряды.

Приведем пример определения почвы до разряда:

тип -- чернозем,

подтип -- чернозем обыкновенный,

род -- чернозем обыкновенный солонцеватый,

вид -- чернозем обыкновенный солонцеватый малогумусный,

разновидность -- чернозем обыкновенный солонцеватый малогумусный пылевато-суглинистый,

разряд -- чернозем обыкновенный солонцеватый малогумусный пылевато-суглинистый на лёссовидных суглинках.

Метеорология и климатология. Слои атмосферы. Состав воздуха.

Метеороломгия -- наука о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физических процессах

Климатология -- наука, изучающая вопросы климатообразования, описания и классификации климатов земного шара, антропогенные влияния на климат. Ранее, будучи подразделом метеорологии, относилась к географическим наукам, т.к. изучение климата сводилось к рассмотрению его с географической точки зрения. Сейчас климатология представляет собой мультидисциплинарную науку - самостоятельный раздел наук об атмосфере

7. Строение атмосферы

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8--10 км в полярных, 10--12 км в умеренных и 16--18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развитытурбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11--25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25--40 км от ?56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Мезосфера

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80--90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25--0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Термосфера

Верхний предел -- около 800 км. Температура растёт до высот 200--300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») -- основные областиионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности -- например, в 2008-2009 гг -- происходит заметное уменьшение размеров этого слоя.[4]

Экзосфера (сфера рассеяния)

Экзосфера -- зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Состав воздуха.

В 1754 году Джозеф Блэк экспериментально доказал, что воздух представляет собой смесь газов, а не однородное вещество.

Состав воздуха может меняться: в крупных городах содержание углекислого газа будет выше, чем в лесах; в горах пониженное содержание кислорода, вследствие того, что кислород тяжелее азота, и поэтому его плотность с высотой уменьшается быстрее. В различных частях земли состав воздуха может варьироваться в пределах 1-3 % для каждого газа.

Воздух всегда содержит пары воды. Так, при температуре 0 °C 1 мі воздуха может вмещать максимально 5 граммов воды, а при температуре +10 °C -- уже 10 граммов.

Состав воздуха:
Вещество	Обозначение	По объёму, %	По массе, %
Азот	N2	78,084	75,50
Кислород	O2	20,9476	23,15
Аргон	Ar	0,934	1,292
Углекислый газ	CO2	0,0314	0,046
Неон	Ne	0,001818	0,0014
Метан	CH4	0,0002	0,000084
Гелий	He	0,000524	0,000073
Криптон	Kr	0,000114	0,003
Водород	H2	0,00005	0,00008
Ксенон	Xe	0,0000087	0,00004

8. Солнечная радиация. Радиационный баланс

Сомлнечная радиамция -- электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Следует отметить, что данный термин являетсякалькой с англ. Solar radiation («Солнечное излучение»), и в данном случае не означает радиацию в «бытовом» смысле этого слова (ионизирующее излучение).

Солнечная радиация измеряется по её тепловому действию (калории на единицу поверхности за единицу времени) и интенсивности (ватты на единицу поверхности). В целом, Земля получает от Солнца менее 0,5Ч10-9 от его излучения.

Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации.

Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардной его излучения. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк -- отрадиоволн до рентгеновских лучей -- однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) частьспектра.

Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300--1500 км/с (см. Солнечный ветер). Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей.

Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.

Солнечная радиация -- главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере (см. Инсоляция). Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, времени года, прозрачности атмосферы. Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени (см. Солнечная постоянная).