Funciones ecológicas de la litosfera. Definición, significado y estructura de la función ecológica de los recursos de la litosfera. Composición química promedio de plantas y humanos, % de materia seca
Las personas en la antigüedad aprendieron a utilizar algunos de estos recursos para sus necesidades, lo que encontró su expresión en los nombres de los períodos históricos del desarrollo humano: “ Edad de Piedra"," Edad de Bronce", " edad de Hierro". Más de 200 están en uso hoy en día. varios tipos recursos minerales. Según la expresión figurativa del académico A.E. Fersman (1883-1945), ahora todo el sistema periódico de Mendeleev está puesto a los pies de la humanidad.
Los minerales son formaciones minerales de la corteza terrestre que pueden usarse de manera efectiva en la economía, las acumulaciones de minerales forman depósitos y con grandes áreas de distribución: piscinas.
La distribución de minerales en la corteza terrestre está sujeta a patrones geológicos (tectónicos) (Tabla 7.4).
Los minerales combustibles son de origen sedimentario y suelen acompañar la cubierta de andenes antiguos y sus vaguadas internas y marginales. Entonces, el nombre "piscina" refleja su origen con bastante precisión: "piscina de mar".
Sobre el el mundo se conocen más de 3,6 mil. carbón cuencas y depósitos, que en conjunto ocupan el 15% de la superficie terrestre del planeta. La mayor parte de los recursos de carbón recae en Asia, América del Norte y Europa y se concentra en las diez cuencas más grandes de China, EE. UU., Rusia, India y Alemania.
cojinete de petróleo y gas Se han explorado más de 600 piscinas, 450 están en desarrollo. Numero total los campos petroleros alcanzan los 35 000. Las principales reservas se encuentran en el Hemisferio Norte y son yacimientos del Mesozoico. La mayor parte de estas reservas también se concentra en un pequeño número de las cuencas más grandes. Arabia Saudita, Estados Unidos, Rusia, Irán.
Mineral los minerales suelen estar confinados a los cimientos (escudos) de plataformas antiguas, así como a áreas plegadas. En tales áreas, a menudo forman enormes cinturones de minerales (metalogénicos), conectados por su origen con fallas profundas en la corteza terrestre. Los recursos de energía geotérmica son especialmente grandes en países y regiones con mayor actividad sísmica y volcánica (Islandia, Italia, Nueva Zelanda, Filipinas, México, Kamchatka y Cáucaso del Norte en Rusia, California en los EE.UU.).
Para el desarrollo económico, las combinaciones territoriales (acumulaciones) de minerales son las más beneficiosas, lo que facilita procesamiento complejo materias primas.
Extracción de recursos minerales cerrado El método (mío) a escala global se lleva a cabo en europa de ultramar, la parte europea de Rusia, los EE. UU., donde muchos depósitos y cuencas ubicadas en las capas superiores la corteza terrestre, ya están bien desarrollados.
Si los minerales se encuentran a una profundidad de 20 a 30 m, es más rentable eliminar la capa superior de roca con una excavadora y minar. abierto camino. Por ejemplo, el mineral de hierro se extrae a cielo abierto en la región de Kursk, el carbón en algunos depósitos en Siberia.
En términos de reservas y producción de muchas riquezas minerales, Rusia ocupa uno de los primeros lugares en el mundo (gas, carbón, petróleo, mineral de hierro, diamantes).
En mesa. 7.4 muestra la relación entre la estructura de la corteza terrestre, la topografía y la distribución de minerales.
Tabla 7.4
Depósitos de minerales en función de la estructura y retorno de una sección de la corteza terrestre y accidentes geográficos
| Accidentes geográficos | La estructura y la edad de una sección de la corteza terrestre. | minerales caracteristicos | Ejemplos |
| llanuras | Escudos de las plataformas Arcaico-Proterozoicas | Abundantes yacimientos de mineral de hierro | Escudo Ucraniano, Escudo Báltico de la Plataforma Rusa |
| Placas de plataformas antiguas, cuya cubierta se formó en los tiempos Paleozoico y Mesozoico. | Petróleo, gas, carbón, materiales de construcción | Tierras bajas de Siberia occidental, Llanura rusa | |
| Las montañas | Jóvenes montañas plegadas de la era alpina | Minerales polimetálicos, materiales de construcción | Cáucaso, Alpes |
| Montañas de bloques plegables destruidas del plegamiento mesozoico, herciniano y caledoniano | Estructuras más ricas en minerales: minerales de metales ferrosos (hierro, manganeso) y no ferrosos (cromo, cobre, níquel, uranio, mercurio), placeres de oro, platino, diamantes | Pequeño montículo kazajo | |
| Montañas rejuvenecidas del plegamiento mesozoico y paleozoico | Minerales de metales ferrosos y no ferrosos, yacimientos primarios y aluviales de oro, platino y diamantes | Ural, Apalaches, montañas de Europa Central | |
| Plataforma continental (plataforma) | deflexiones marginales | Gas de petróleo | Golfo de México |
| Parte inundada de losas, plataformas | Gas de petróleo | Golfo pérsico | |
| fondo marino | llanuras abisales | Nódulos de hierro-manganeso | Fondo del Mar del Norte |
Hidrosfera
Hidrosfera(del griego. hidro- agua y sphaira- bola) - la capa de agua de la Tierra, que es una combinación de océanos, mares y cuencas de agua continentales: ríos, lagos, pantanos, etc., aguas subterráneas, glaciares y cubiertas de nieve.
Se cree que la capa de agua de la Tierra se formó a principios del Arcaico, es decir, hace aproximadamente 3800 millones de años. Durante este período de la historia de la Tierra, se estableció una temperatura en nuestro planeta en la que el agua podría estar en gran parte en un estado líquido de agregación.
El agua como sustancia tiene propiedades únicas, que incluyen las siguientes:
♦ capacidad de disolver muchas sustancias;
♦ alta capacidad calorífica;
♦ estar en estado líquido en el rango de temperatura de 0 a 100 °С;
♦ mayor ligereza del agua en estado sólido (hielo) que en estado líquido.
Propiedades únicas el agua le permitió jugar un papel importante en los procesos evolutivos que ocurren en las capas superficiales de la corteza terrestre, en la circulación de la materia en la naturaleza y ser una condición para el surgimiento y desarrollo de la vida en la Tierra. El agua comienza a cumplir su función geológica y funciones biológicas en la historia de la Tierra después de la formación de la hidrosfera.
La hidrosfera está formada por agua superficial y agua subterránea. Superficie del agua hidrosferas cubren 70.8% superficie de la Tierra. Su volumen total alcanza los 1370,3 millones de km 3 , que es 1/800 del volumen total del planeta, y la masa se estima en 1,4 x 1018 toneladas Las aguas superficiales, es decir, las aguas que cubren la tierra, incluyen el Océano Mundial, continental cuencas de agua y hielo continental. océano mundial incluye todos los mares y océanos de la Tierra.
Los mares y océanos cubren 3/4 de la superficie terrestre, o 361,1 millones de km2. La mayor parte del agua superficial, el 98%, se concentra en el océano mundial. El océano mundial se divide condicionalmente en cuatro océanos: el Atlántico, el Pacífico, el Índico y el Ártico. Ellos creen que nivel moderno océano se estableció hace unos 7000 años. Según estudios geológicos, las fluctuaciones del nivel del océano en los últimos 200 millones de años no han superado los 100 m.
El agua de los océanos es salada. El contenido medio de sal es de alrededor del 3,5% en peso, o 35 g/l. A ellos composición cualitativa de los cationes, de los aniones - Cl-, SO 4 2-, Br -, C0z 2-, F - prevalecen los siguientes: Na +, Mg 2+, K +, Ca 2+. Se cree que la composición de sal de los océanos ha permanecido constante desde era paleozoica el tiempo del comienzo del desarrollo de la vida en la tierra, es decir, aproximadamente dentro de 400 millones de años.
Cuencas de agua continentales son rios, lagos, pantanos, embalses. Sus aguas constituyen el 0,35% de la masa total de aguas superficiales de la hidrosfera. Algunas masas de agua continentales (lagos) contienen agua salada. Estos lagos son de origen volcánico, o son restos aislados de antiguos mares, o se forman en una zona de espesos depósitos de sales solubles. Sin embargo, la mayoría de los cuerpos de agua continentales son dulces.
El agua dulce de los embalses abiertos también contiene sales solubles, pero en una pequeña cantidad. Dependiendo del contenido de sales disueltas, el agua dulce se divide en blanda y dura. Cuantas menos sales se disuelven en el agua, más blanda es. El agua dulce más dura contiene sales no más del 0,005% en peso, o 0,5 g/l.
hielo continental constituyen el 1,65% de la masa total de aguas superficiales de la hidrosfera, el 99% del hielo se encuentra en la Antártida y Groenlandia. peso total la nieve y el hielo en la Tierra se estima en 0.0004% de la masa de nuestro planeta. Esto es suficiente para cubrir toda la superficie del planeta con una capa de hielo de 53 m de espesor Según los cálculos, si esta masa se derrite, el nivel del océano aumentará en 64 m.
La composición química de las aguas superficiales de la hidrosfera es aproximadamente igual a la composición promedio agua de mar. De los elementos químicos predominan en peso el oxígeno (85,8%) y el hidrógeno (10,7%). Las aguas superficiales contienen cantidades significativas de cloro (1,9%) y sodio (1,1%). Significativamente más alto que en la corteza terrestre, se observa el contenido de azufre y bromo.
Hidrosfera de agua subterránea Contienen el suministro principal de agua dulce: Se supone que el volumen total de agua subterránea es de aproximadamente 28.500 millones de km 3. Esto es casi 15 veces más que en los océanos. Se cree que es el agua subterránea el principal reservorio que repone todos los cuerpos de agua superficiales. La hidrosfera subterránea se puede dividir en cinco zonas.
Criozona. Zona de hielo. La zona cubre las regiones polares. Su espesor se estima dentro de 1 km.
zona de agua líquida. Cubre casi toda la corteza terrestre.
Zona de agua vaporosa limitada a una profundidad de 160 km. Se cree que el agua en esta zona tiene una temperatura de 450 °C a 700 °C y está bajo una presión de hasta 5 GPa 1 .
Abajo, a profundidades de hasta 270 km, hay zona de moléculas de agua monoméricas. Cubre capas de agua con un rango de temperatura de 700 °C a 1000 °C y una presión de hasta 10 GPa.
Zona de agua densa se extiende, presumiblemente, a profundidades de 3000 km y rodea todo el manto de la Tierra. La temperatura del agua en esta zona se estima en el rango de 1000° a 4000°C, y la presión es de hasta 120 GPa. El agua en tales condiciones está completamente ionizada.
La hidrosfera de la Tierra cumple funciones importantes: regula la temperatura del planeta, asegura la circulación de sustancias y es parte integral de la biosfera.
Impacto directo en regulación de la temperatura capas superficiales de la Tierra, la hidrosfera proporciona debido a una propiedades importantes agua - alta capacidad calorífica. Por esta razón, las aguas superficiales acumulan energía solar y luego la liberan lentamente al espacio circundante. La igualación de temperatura en la superficie de la Tierra ocurre únicamente debido al ciclo del agua. Además, la nieve y el hielo tienen una reflexión muy alta.
Capacidad: supera en un 30% la media de la superficie terrestre, por lo que en los polos la diferencia entre la energía absorbida y la radiada es siempre negativa, es decir, la energía absorbida por la superficie es menor que la emitida. Es así como se produce la termorregulación del planeta.
Seguridad ciclismo es otra función importante de la hidrosfera.
La hidrosfera está en constante interacción con la atmósfera, la corteza terrestre y la biosfera. El agua de la hidrosfera disuelve el aire en sí misma, concentrando oxígeno, que es utilizado por los organismos vivos acuáticos. El dióxido de carbono en el aire, que se forma principalmente como resultado de la respiración de los organismos vivos, la combustión de combustibles y las erupciones volcánicas, tiene una alta solubilidad en agua y se acumula en la hidrosfera. La hidrosfera también disuelve en sí misma gases inertes pesados: xenón y criptón, cuyo contenido en el agua es mayor que en el aire.
Las aguas de la hidrosfera, al evaporarse, entran en la atmósfera y caen en forma de precipitaciones, que penetran en las rocas, destruyéndolas. Entonces el agua está involucrada en los procesos. meteorizaciónrocas. Fragmentos de roca están siendo demolidos aguas que fluyen en los ríos, y luego en los mares y océanos o en depósitos continentales cerrados y se depositan gradualmente en el fondo. Estos depósitos se convierten posteriormente en rocas sedimentarias.
Se cree que los principales cationes del agua de mar (cationes de sodio, magnesio, potasio, calcio) se formaron como resultado de la meteorización de las rocas y la posterior eliminación de los productos de la meteorización por los ríos en el mar. Los aniones más importantes del agua de mar (aniones de cloro, bromo, flúor, iones de sulfato e iones de carbonato) probablemente provienen de la atmósfera y están asociados con la actividad volcánica.
Parte de las sales solubles se elimina sistemáticamente de la composición de la hidrosfera mediante su precipitación. Por ejemplo, cuando los iones de carbonato disueltos en el agua interactúan con los cationes de calcio y magnesio, se forman sales insolubles que se hunden hasta el fondo en forma de rocas sedimentarias carbonatadas. Los organismos que habitan la hidrosfera juegan un papel importante en la precipitación de algunas sales. Extraen cationes y aniones individuales del agua de mar, concentrándolos en sus esqueletos y caparazones en forma de carbonatos, silicatos, fosfatos y otros compuestos. Después de la muerte de los organismos, sus caparazones duros se acumulan en fondo del mar y forman gruesos estratos de calizas, fosforitas y diversas rocas silíceas. La gran mayoría de las rocas sedimentarias y minerales tan valiosos como el petróleo, el carbón, la bauxita, varias sales, etc., se formaron en el pasado. períodos geológicos en varios reservorios de la hidrosfera. Se ha establecido que incluso las rocas más antiguas, cuya edad absoluta alcanza unos 1.800 millones de años, son sedimentos muy alterados formados en ambiente acuático. El agua también se utiliza en el proceso de fotosíntesis, que produce materia orgánica y oxigeno
Hace unos 3.500 millones de años, la vida en la Tierra se originó en la hidrosfera. La evolución de los organismos continuó exclusivamente en el medio acuático hasta el comienzo de la era Paleozoica, cuando hace unos 400 millones de años comenzó la migración gradual de organismos animales y vegetales hacia la tierra. En este sentido, la hidrosfera se considera como un componente de la biosfera. (biosfera - esfera de la vida, área habitada por organismos vivos).
Los organismos vivos están distribuidos de manera extremadamente desigual en la hidrosfera. La cantidad y diversidad de organismos vivos en ciertas áreas de aguas superficiales está determinada por muchos factores, incluido un complejo de factores ambientales: temperatura, salinidad del agua, iluminación y presión. Con el aumento de la profundidad, aumenta el efecto limitante de la iluminación y la presión: la cantidad de luz entrante disminuye bruscamente y, por el contrario, la presión se vuelve muy alta. Entonces, en los mares y océanos, se pueblan principalmente las zonas litorales, es decir, zonas no más profundas de 200 m, la mayoría calentadas por los rayos del sol.
Al describir las funciones de la hidrosfera en nuestro planeta, V. I. Vernadsky señaló: “El agua determina y crea toda la biosfera. Crea las principales características de la corteza terrestre, hasta la capa magmática.
Atmósfera
Atmósfera(del griego. atmósfera- vapor, evaporación y sphaira- bola) - el caparazón de la Tierra, que consiste en aire.
Parte aire incluye una serie de gases y partículas de impurezas sólidas y líquidas suspendidas en ellos: aerosoles. La masa de la atmósfera se estima en 5,157 x 10 15 toneladas Una columna de aire ejerce presión sobre la superficie de la Tierra: la presión atmosférica media al nivel del mar es de 1013,25 hPa, o 760 mm Hg. Arte. Presión de 760 mm Hg. Arte. equivalente a una unidad de presión fuera del sistema: 1 atmósfera (1 atm.). temperatura media aire cerca de la superficie de la Tierra - 15 ° C, mientras que la temperatura varía de aproximadamente 57 ° C en los desiertos subtropicales a 89 ° C en la Antártida.
El ambiente no es uniforme. Existen las siguientes capas de la atmósfera: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera, que difieren en las características de distribución de temperatura, densidad del aire y algunos otros parámetros. Las áreas de la atmósfera que ocupan una posición intermedia entre estas capas se denominan respectivamente tropopausa, estratopausa y mesopausia
troposfera - la capa inferior de la atmósfera con una altura de 8-10 km en las latitudes polares y hasta 16-18 km en los trópicos. La troposfera se caracteriza por una caída en la temperatura del aire con la altura: con la distancia desde la superficie de la Tierra por cada kilómetro, la temperatura disminuye en aproximadamente 6 ° C. La densidad del aire disminuye rápidamente. Alrededor del 80% de la masa total de la atmósfera se concentra en la troposfera.
Estratosfera ubicado en altitudes en promedio de 10-15 km a 50-55 km de la superficie de la Tierra. La estratosfera se caracteriza por un aumento de la temperatura con la altura. El aumento de la temperatura se debe a la absorción de la radiación de onda corta del Sol, principalmente los rayos UV (ultravioleta), por parte del ozono en esta capa de la atmósfera. Al mismo tiempo, en la parte inferior de la estratosfera, hasta un nivel de unos 20 km, la temperatura cambia poco con la altura e incluso puede disminuir ligeramente. Más arriba, la temperatura comienza a subir, lentamente al principio, pero mucho más rápido a partir de un nivel de 34-36 km. En la parte superior de la estratosfera a una altitud de 50-55 km, la temperatura alcanza los 260-270 K.
mesosfera- capa de la atmósfera, ubicada a altitudes de 55-85 km. En la mesosfera, la temperatura del aire disminuye al aumentar la altitud, desde aproximadamente 270 K en el límite inferior hasta 200 K en el límite superior.
termosfera se extiende a altitudes de aproximadamente 85 km a 250 km de la superficie de la Tierra y se caracteriza por un rápido aumento de la temperatura del aire, alcanzando 800-1200 K a una altitud de 250 km. los meteoros disminuyen la velocidad y se queman aquí. Así, la termosfera realiza la función de capa protectora de la Tierra.
Por encima de la troposfera se encuentra exosfera, cuyo límite superior es condicional y está marcado por una altura de unos 1000 km sobre la superficie terrestre. Desde la exosfera, los gases atmosféricos se dispersan en el espacio mundial. Así que hay una transición gradual de la atmósfera al espacio interplanetario.
El aire atmosférico cerca de la superficie de la Tierra se compone de varios gases, principalmente nitrógeno (78,1 % en volumen) y oxígeno (20,9 % en volumen). La composición del aire en una pequeña cantidad también incluye los siguientes gases: argón, dióxido de carbono, helio, ozono, radón, vapor de agua. Además, el aire puede contener varios componentes variables: óxidos de nitrógeno, amoníaco, etc.
Además de gases, el aire contiene aerosol atmosférico, que son partículas sólidas y líquidas muy finas suspendidas en el aire. El aerosol se forma durante la vida de los organismos, actividad económica el hombre, las erupciones volcánicas, el ascenso del polvo de la superficie del planeta y del polvo cósmico que ingresa a la atmósfera superior.
La composición del aire atmosférico hasta una altura de unos 100 km es generalmente constante en el tiempo y homogénea en las diferentes regiones de la Tierra. Al mismo tiempo, el contenido de componentes gaseosos variables y aerosoles no es el mismo. Por encima de 100-110 km hay una descomposición parcial de las moléculas de oxígeno, dióxido de carbono y agua. A una altitud de unos 1000 km, los gases ligeros -helio e hidrógeno- comienzan a predominar, e incluso más arriba, la atmósfera terrestre se convierte gradualmente en gas interplanetario.
vapor de agua- importante componente aire. Entra a la atmósfera por evaporación de la superficie, el agua y el suelo húmedo, así como por la transpiración de las plantas. El contenido relativo de vapor de agua en el aire varía cerca de la superficie terrestre desde el 2,6 % en los trópicos hasta el 0,2 % en las latitudes polares. Con la distancia desde la superficie de la Tierra, la cantidad de vapor de agua en el aire atmosférico cae rápidamente, y ya a una altura de 1,5-2 km se reduce a la mitad. En la troposfera, a medida que desciende la temperatura, el vapor de agua se condensa. Cuando el vapor de agua se condensa, se forman nubes, de las cuales precipitación en forma de lluvia, nieve, granizo. La cantidad de precipitación que cae sobre la Tierra es igual a la cantidad que se evapora de la superficie. Tierras de agua. El exceso de vapor de agua sobre los océanos es transportado a los continentes por las corrientes de aire. La cantidad de vapor de agua transportada en la atmósfera desde el océano a los continentes es igual al volumen del flujo del río que desemboca en los océanos.
Ozono El 90% se concentra en la estratosfera, el resto en la troposfera. El ozono absorbe la radiación ultravioleta del sol, que tiene un efecto negativo en los organismos vivos. Las áreas con bajos niveles de ozono en la atmósfera se llaman agujeros de ozono
Las mayores fluctuaciones en el espesor de la capa de ozono se observan en latitudes altas, por lo que la probabilidad de que se produzcan agujeros de ozono en las zonas cercanas a los polos es mayor que en el ecuador.
Dióxido de carbono entra en la atmósfera en grandes cantidades. Se libera constantemente como resultado de la respiración de los organismos, la combustión, las erupciones volcánicas y otros procesos que ocurren en la Tierra. Sin embargo, el contenido de dióxido de carbono en el aire es bajo, ya que la mayor parte se encuentra disuelto en las aguas de la hidrosfera. No obstante, se observa que en los últimos 200 años, el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera ha aumentado en un 35%. La razón de un aumento tan significativo es la actividad económica activa del hombre.
La principal fuente de calor para la atmósfera es la superficie de la Tierra. El aire atmosférico pasa lo suficientemente bien a la superficie de la tierra rayos de sol. La radiación solar que ingresa a la Tierra es parcialmente absorbida por la atmósfera, principalmente por el vapor de agua y el ozono, pero la gran mayoría llega a la superficie de la tierra.
La radiación solar total que llega a la superficie de la Tierra se refleja parcialmente en ella. La cantidad de reflexión depende de la reflectividad de un área particular de la superficie terrestre, la llamada albedo. El albedo promedio de la Tierra es de alrededor del 30 %, mientras que la diferencia entre el valor del albedo es del 7-9 % para chernozem al 90 % para la nieve recién caída. Cuando se calienta, la superficie de la tierra libera rayos de calor a la atmósfera y calienta sus capas inferiores. Además de la principal fuente de energía térmica de la atmósfera - el calor de la superficie terrestre; El calor ingresa a la atmósfera como resultado de la condensación del vapor de agua, así como por la absorción de radiación solar.
El calentamiento desigual de la atmósfera en diferentes regiones de la Tierra provoca una distribución desigual de la presión, lo que conduce al desplazamiento. masas de aire a lo largo de la superficie de la tierra. Las masas de aire se mueven desde áreas de alta presión a áreas de baja presión. Este movimiento de masas de aire se llama viento. Bajo ciertas condiciones, la velocidad del viento puede ser muy alta, hasta 30 m/s o más (más de 30 m/s - ya Huracán).
El estado de la capa inferior de la atmósfera en un lugar dado y en un momento dado se llama clima. El tiempo se caracteriza por la temperatura del aire, la precipitación, la fuerza y dirección del viento, la nubosidad, la humedad del aire y la presión atmosférica. El tiempo está determinado por las condiciones de circulación atmosférica y ubicación geográfica terreno. Es más estable en los trópicos y más variable en latitudes medias y altas. La naturaleza del clima, su dinámica estacional depende de climatizado en este territorio.
Por debajo, climatizado se entienden como las características meteorológicas que se repiten con mayor frecuencia en un área determinada y que persisten durante mucho tiempo. Estas son características promediadas durante 100 años: temperatura, presión, precipitación, etc. El concepto de clima (desde griego, klima- pendiente) surgió en Antigua Grecia. Incluso entonces se entendía que clima depende del ángulo con el que los rayos del sol inciden sobre la superficie terrestre. La principal condición para establecer un cierto clima en un área dada es la cantidad de energía por unidad de área. Depende de la radiación solar total que incide sobre la superficie terrestre y del albedo de esta superficie. Así, en la región del ecuador y cerca de los polos, la temperatura cambia poco durante el año, y en las regiones subtropicales y en las latitudes medias, la amplitud térmica anual puede alcanzar los 65 °C. Los principales procesos que forman el clima son el intercambio de calor, el intercambio de humedad y la circulación atmosférica. Todos estos procesos tienen una fuente de energía: el Sol.
La atmósfera es una condición sine qua non para todas las formas de vida. valor más alto para la vida de los organismos tenemos los siguientes gases que forman parte del aire: oxigeno, nitrogeno, vapor de agua, dioxido de carbono, ozono. El oxígeno es esencial para la respiración de la gran mayoría de los organismos vivos. El nitrógeno, asimilado del aire por algunos microorganismos, es necesario para la nutrición mineral de las plantas. El vapor de agua, que se condensa y cae como precipitación, es la fuente de agua en la tierra. El dióxido de carbono es el material de partida para el proceso de fotosíntesis. El ozono absorbe la radiación ultravioleta fuerte dañina para los organismos.
Se supone que la atmósfera moderna es de origen secundario: se formó después de que se completara la formación del planeta hace unos 4500 millones de años a partir de los gases liberados por las capas sólidas de la Tierra. Durante historia geológica La atmósfera terrestre influyó varios factores sufrió cambios significativos en su composición.
El desarrollo de la atmósfera depende de los procesos geológicos y geoquímicos que ocurren en la Tierra. Luego del surgimiento de la vida en nuestro planeta, es decir, hace aproximadamente 3.500 millones de años, los organismos vivos comenzaron a tener un impacto significativo en el desarrollo de la atmósfera. Una parte significativa de los gases (nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua) surgió como resultado de erupciones volcánicas. El oxígeno apareció hace unos 2 mil millones de años como resultado de la actividad de organismos fotosintéticos que originalmente se originaron en las aguas superficiales del océano.
En los últimos años, se han producido cambios notables en el ambiente asociado con la actividad económica activa del hombre. Por lo tanto, según las observaciones, en los últimos 200 años ha habido un aumento significativo en la concentración de gases de efecto invernadero: el contenido de dióxido de carbono aumentó en 1,35 veces, el metano, en 2,5 veces. El contenido de muchos otros componentes variables en la composición del aire ha aumentado significativamente.
Los cambios en curso en el estado de la atmósfera -un aumento en la concentración de gases de efecto invernadero, agujeros de ozono, contaminación del aire- son globales problemas ambientales modernidad.
Las personas en la antigüedad aprendieron a usar algunos de estos recursos para sus necesidades, lo que encontró su expresión en los nombres de los períodos históricos del desarrollo humano: "Edad de Piedra", "Edad de Bronce", "Edad de Hierro". Hoy en día, se utilizan más de 200 tipos diferentes de recursos minerales. Según la expresión figurativa del académico A. E. Fersman (1883-1945), ahora todo el sistema periódico de Mendeleev está puesto a los pies de la humanidad.
Los minerales son formaciones minerales de la corteza terrestre que se pueden utilizar de manera efectiva en la economía, las acumulaciones de minerales forman depósitos y con grandes áreas de distribución: cuencas.
La distribución de minerales en la corteza terrestre está sujeta a patrones geológicos (tectónicos) (Tabla 7.4).
Los minerales combustibles son de origen sedimentario y suelen acompañar la cubierta de andenes antiguos y sus vaguadas internas y marginales. Entonces, el nombre "piscina" refleja su origen con bastante precisión: "piscina de mar".
Se conocen más de 3.600 en todo el mundo. carbón cuencas y depósitos, que en conjunto ocupan el 15% de la superficie terrestre del planeta. La mayor parte de los recursos de carbón se encuentran en Asia, América del norte y Europa y se concentra en las diez cuencas más grandes de China, EE. UU., Rusia, India, Alemania.
cojinete de petróleo y gas Se han explorado más de 600 cuencas, se están desarrollando 450. El número total de campos petroleros alcanza los 35 000. Las principales reservas se encuentran en el hemisferio norte y son depósitos mesozoicos. La mayor parte de estas reservas también se concentra en un pequeño número de las cuencas más grandes de Arabia Saudita, EE. UU., Rusia e Irán.
Mineral los minerales suelen estar confinados a los cimientos (escudos) de plataformas antiguas, así como a áreas plegadas. En tales áreas, a menudo forman enormes cinturones de minerales (metalogénicos), conectados por su origen con fallas profundas en la corteza terrestre. Los recursos de energía geotérmica son especialmente grandes en países y regiones con mayor actividad sísmica y volcánica (Islandia, Italia, Nueva Zelanda, Filipinas, México, Kamchatka y el Cáucaso del Norte en Rusia, California en los EE. UU.).
Para el desarrollo económico, lo más ventajoso son las combinaciones territoriales (acumulaciones) de minerales, que facilitan el procesamiento complejo de materias primas.
Extracción de recursos minerales cerrado El método (el mío) a escala mundial se lleva a cabo en el extranjero de Europa, la parte europea de Rusia, los EE. UU., donde ya están muy desarrollados muchos depósitos y cuencas ubicados en las capas superiores de la corteza terrestre.
Si los minerales se encuentran a una profundidad de 20 a 30 m, es más rentable eliminar la capa superior de roca con una excavadora y minar. abierto camino. Por ejemplo, el mineral de hierro se extrae a cielo abierto en la región de Kursk, el carbón en algunos depósitos en Siberia.
En términos de reservas y producción de muchas riquezas minerales, Rusia ocupa uno de los primeros lugares en el mundo (gas, carbón, petróleo, mineral de hierro, diamantes).
En mesa. 7.4 muestra la relación entre la estructura de la corteza terrestre, la topografía y la distribución de minerales.
Tabla 7.4
Depósitos de minerales en función de la estructura y retorno de una sección de la corteza terrestre y accidentes geográficos
Hidrosfera
Hidrosfera(del griego. hidro- agua y sphaira- bola) - la capa de agua de la Tierra, que es una combinación de océanos, mares y cuencas de agua continentales: ríos, lagos, pantanos, etc., aguas subterráneas, glaciares y cubiertas de nieve.
Se cree que la capa de agua de la Tierra se formó a principios del Arcaico, es decir, hace aproximadamente 3800 millones de años. Durante este período de la historia de la Tierra, se estableció una temperatura en nuestro planeta en la que el agua podría estar en gran parte en un estado líquido de agregación.
El agua como sustancia tiene propiedades únicas, que incluyen las siguientes:
♦ capacidad de disolver muchas sustancias;
♦ alta capacidad calorífica;
♦ estar en estado líquido en el rango de temperatura de 0 a 100 °C;
♦ mayor ligereza del agua en estado sólido (hielo) que en estado líquido.
Las propiedades únicas del agua le permitieron jugar un papel importante en los procesos evolutivos que tienen lugar en las capas superficiales de la corteza terrestre, en la circulación de la materia en la naturaleza y ser una condición para el surgimiento y desarrollo de la vida en la Tierra. El agua comienza a cumplir sus funciones geológicas y biológicas en la historia de la Tierra luego de la formación de la hidrosfera.
La hidrosfera está formada por agua superficial y agua subterránea. Superficie del agua Las hidrosferas cubren el 70,8% de la superficie terrestre. Su volumen total alcanza los 1370,3 millones de km 3 , que es 1/800 del volumen total del planeta, y la masa se estima en 1,4 h 1018 toneladas Las aguas superficiales, es decir, las aguas que cubren la tierra, incluyen el Océano Mundial, el agua continental cuencas y hielos continentales.
océano mundial incluye todos los mares y océanos de la Tierra.
Los mares y océanos cubren 3/4 de la superficie terrestre, o 361,1 millones de km2. La mayor parte del agua superficial se concentra en el Océano Mundial: 98%. El océano mundial se divide condicionalmente en cuatro océanos: el Atlántico, el Pacífico, el Índico y el Ártico. Se cree que el nivel actual del océano se estableció hace unos 7000 años. Según estudios geológicos, las fluctuaciones del nivel del océano en los últimos 200 millones de años no han superado los 100 m.
El agua de los océanos es salada. El contenido medio de sal es de alrededor del 3,5% en peso, o 35 g/l. Su composición cualitativa es la siguiente: los cationes están dominados por Na +, Mg 2+, K +, Ca 2+, aniones - Cl -, SO 4 2-, Br -, CO 3 2-, F -. Se cree que la composición de sal de los océanos se ha mantenido constante desde la era Paleozoica, el momento en que la vida comenzó a desarrollarse en la tierra, es decir, durante unos 400 millones de años.
Cuencas de agua continentales son rios, lagos, pantanos, embalses. Sus aguas constituyen el 0,35% de la masa total de aguas superficiales de la hidrosfera. Algunos embalses continentales (lagos) contienen agua salada. Estos lagos tienen origen volcánico, o representan restos aislados de mares antiguos, o se formaron en la zona de poderosos depósitos de sales solubles. Sin embargo, la mayoría de los cuerpos de agua continentales son dulces.
El agua dulce de los embalses abiertos también contiene sales solubles, pero en una pequeña cantidad. Dependiendo del contenido de sales disueltas, el agua dulce se divide en blanda y dura. Cuantas menos sales se disuelven en el agua, más blanda es. El agua dulce más dura contiene sales no más del 0,005% en peso, o 0,5 g/l.
hielo continental constituyen el 1,65% de la masa total de aguas superficiales de la hidrosfera, el 99% del hielo se encuentra en la Antártida y Groenlandia. La masa total de nieve y hielo en la Tierra se estima en 0,0004% de la masa de nuestro planeta. Esto es suficiente para cubrir toda la superficie del planeta con una capa de hielo de 53 m de espesor Según los cálculos, si esta masa se derrite, el nivel del océano aumentará en 64 m.
La composición química de las aguas superficiales de la hidrosfera es aproximadamente igual a la composición media del agua de mar. De los elementos químicos predominan en peso el oxígeno (85,8%) y el hidrógeno (10,7%). Las aguas superficiales contienen una cantidad significativa de cloro (1,9%) y sodio (1,1%). Significativamente más alto que en la corteza terrestre, se observa el contenido de azufre y bromo.
Hidrosfera de agua subterránea contener el stock principal agua dulce. Se supone que el volumen total de agua subterránea es de aproximadamente 28 500 millones de km 3 . Esto es casi 15 veces más que en los océanos. Se cree que es el agua subterránea el principal reservorio que repone todos los cuerpos de agua superficiales. La hidrosfera subterránea se puede dividir en cinco zonas.
Criozona. Zona de hielo. La zona cubre las regiones polares. Su espesor se estima dentro de 1 km.
zona de agua líquida. Cubre casi toda la corteza terrestre.
Zona de agua vaporosa limitada a una profundidad de 160 km. Se cree que el agua en esta zona tiene una temperatura de 450 °C a 700 °C y está bajo una presión de hasta 5 GPa.
Abajo, a profundidades de hasta 270 km, hay zona de moléculas de agua monoméricas. Cubre capas de agua con temperaturas que van desde los 700 °C hasta los 1000 °C y presiones de hasta 10 GPa.
Zona de agua densa se extiende, presumiblemente, a profundidades de 3000 km y rodea todo el manto de la Tierra. La temperatura del agua en esta zona se estima en el rango de 1000° a 4000°C, y la presión es de hasta 120 GPa. El agua en tales condiciones está completamente ionizada.
La hidrosfera de la Tierra cumple funciones importantes: regula la temperatura del planeta, asegura la circulación de sustancias y es parte integral de la biosfera.
Impacto directo en regulación de la temperatura Las capas superficiales de la Tierra son proporcionadas por la hidrosfera debido a una de las propiedades importantes del agua: la alta capacidad calorífica. Por esta razón, las aguas superficiales acumulan energía solar y luego la liberan lentamente al espacio circundante. La igualación de temperatura en la superficie de la Tierra ocurre únicamente debido al ciclo del agua. Además, la nieve y el hielo tienen una reflectividad muy alta: supera en un 30 % la media de la superficie terrestre. Por tanto, en los polos, la diferencia entre la energía absorbida y la emitida es siempre negativa, es decir, la energía absorbida por la superficie es menor que la energía emitida. Es así como se produce la termorregulación del planeta.
Seguridad ciclismo es otra función importante de la hidrosfera.
La hidrosfera está en constante interacción con la atmósfera, la corteza terrestre y la biosfera. El agua de la hidrosfera disuelve el aire en sí misma, concentrando oxígeno, que es utilizado por los organismos vivos acuáticos. El dióxido de carbono transportado por el aire, que se forma principalmente como resultado de la respiración de los organismos vivos, la combustión de combustibles y las erupciones volcánicas, tiene una alta solubilidad en agua y se acumula en la hidrosfera. La hidrosfera también disuelve gases inertes pesados: xenón y criptón, cuyo contenido en el agua es mayor que en el aire.
Las aguas de la hidrosfera, al evaporarse, entran en la atmósfera y caen en forma de precipitaciones, que penetran en las rocas, destruyéndolas. Entonces el agua está involucrada en los procesos. meteorización rocas Los fragmentos de rocas son transportados por las corrientes de agua a los ríos y luego a los mares y océanos oa depósitos continentales cerrados y se depositan gradualmente en el fondo. Estos depósitos se convierten posteriormente en rocas sedimentarias.
Se cree que los principales cationes del agua de mar (cationes de sodio, magnesio, potasio, calcio) se formaron como resultado de la meteorización de las rocas y la posterior eliminación de los productos de la meteorización por los ríos en el mar. Los aniones más importantes del agua de mar (aniones de cloro, bromo, flúor, iones de sulfato e iones de carbonato) probablemente se originan en la atmósfera y están asociados con la actividad volcánica.
Parte de las sales solubles se elimina sistemáticamente de la composición de la hidrosfera mediante su precipitación. Por ejemplo, cuando los iones de carbonato disueltos en el agua interactúan con los cationes de calcio y magnesio, se forman sales insolubles que se hunden hasta el fondo en forma de rocas sedimentarias carbonatadas. Los organismos que habitan la hidrosfera juegan un papel importante en la precipitación de algunas sales. Extraen cationes y aniones individuales del agua de mar, concentrándolos en sus esqueletos y caparazones en forma de carbonatos, silicatos, fosfatos y otros compuestos. Tras la muerte de los organismos, sus duros caparazones se acumulan en el lecho marino y forman gruesas capas de calizas, fosforitas y diversas rocas silíceas. La gran mayoría de las rocas sedimentarias y minerales tan valiosos como el petróleo, el carbón, la bauxita, varias sales, etc., se formaron en períodos geológicos pasados en varios reservorios de la hidrosfera. Se ha establecido que incluso las rocas más antiguas, cuya edad absoluta alcanza unos 1.800 millones de años, son sedimentos muy alterados formados en el medio acuático. El agua también se utiliza en el proceso de fotosíntesis, que produce materia orgánica y oxígeno.
Hace unos 3.500 millones de años, la vida en la Tierra se originó en la hidrosfera. La evolución de los organismos continuó exclusivamente en el medio acuático hasta el comienzo de la era Paleozoica, cuando hace unos 400 millones de años comenzó la migración gradual de organismos animales y vegetales hacia la tierra. En este sentido, la hidrosfera se considera como un componente de la biosfera. (biosfera- la esfera de la vida, el área donde viven los organismos vivos).
Los organismos vivos están distribuidos de manera extremadamente desigual en la hidrosfera. La cantidad y variedad de organismos vivos en ciertas áreas de aguas superficiales está determinada por muchos factores, incluido un complejo de factores ambientales: temperatura, salinidad del agua, iluminación y presión. Con el aumento de la profundidad, aumenta el efecto limitante de la iluminación y la presión: la cantidad de luz entrante disminuye bruscamente y, por el contrario, la presión se vuelve muy alta. Entonces, en los mares y océanos, se pueblan principalmente las zonas litorales, es decir, zonas no más profundas de 200 m, la mayoría calentadas por los rayos del sol.
Al describir las funciones de la hidrosfera en nuestro planeta, V. I. Vernadsky señaló: “El agua determina y crea toda la biosfera. Crea las principales características de la corteza terrestre, hasta la capa magmática.
Atmósfera
Atmósfera(del griego. atmósfera vapor, evaporación y sphaira- bola) - el caparazón de la Tierra, que consiste en aire.
Parte aire incluye una serie de gases y partículas de impurezas sólidas y líquidas suspendidas en ellos: aerosoles. La masa de la atmósfera se estima en 5,157 × 10 15 toneladas La columna de aire ejerce presión sobre la superficie de la Tierra: la presión atmosférica media al nivel del mar es de 1013,25 hPa, o 760 mm Hg. Arte. Presión de 760 mm Hg. Arte. equivalente a una unidad de presión fuera del sistema: 1 atmósfera (1 atm.). La temperatura media del aire en la superficie de la Tierra es de 15 °C, con temperaturas que varían desde unos 57 °C en los desiertos subtropicales hasta -89 °C en la Antártida.
El ambiente no es uniforme. Existen las siguientes capas de la atmósfera: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera, que difieren en las características de distribución de temperatura, densidad del aire y algunos otros parámetros. Las áreas de la atmósfera que ocupan una posición intermedia entre estas capas se denominan respectivamente tropopausa, estratopausa y mesopausia
Troposfera- la capa inferior de la atmósfera con una altura de 8-10 km en las latitudes polares y hasta 16-18 km en los trópicos. La troposfera se caracteriza por una caída en la temperatura del aire con la altura: con la distancia desde la superficie de la Tierra, por cada kilómetro, la temperatura disminuye aproximadamente 6 ° C. La densidad del aire disminuye rápidamente. Alrededor del 80% de la masa total de la atmósfera se concentra en la troposfera.
Estratosfera ubicado en altitudes en promedio de 10 a 15 km a 50 a 55 km de la superficie de la Tierra. La estratosfera se caracteriza por un aumento de la temperatura con la altura. El aumento de la temperatura se debe a la absorción de la radiación de onda corta del Sol, principalmente los rayos UV (ultravioleta), por parte del ozono en esta capa de la atmósfera. Al mismo tiempo, en la parte inferior de la estratosfera, hasta un nivel de unos 20 km, la temperatura cambia poco con la altura e incluso puede disminuir ligeramente. Más arriba, la temperatura comienza a subir, lentamente al principio, pero mucho más rápido a partir del nivel de 34 a 36 km. En la parte superior de la estratosfera, a una altitud de 50 a 55 km, la temperatura alcanza los 260270 K.
mesosfera- capa atmosférica ubicada a altitudes de 55 a 85 km. En la mesosfera, la temperatura del aire disminuye al aumentar la altitud, desde aproximadamente 270 K en el límite inferior hasta 200 K en el límite superior.
termosfera se extiende a altitudes de aproximadamente 85 km a 250 km de la superficie de la Tierra y se caracteriza por un rápido aumento de la temperatura del aire, alcanzando 800-1200 K a una altitud de 250 km. los meteoros disminuyen la velocidad y se queman aquí. Así, la termosfera realiza la función de capa protectora de la Tierra.
Por encima de la troposfera se encuentra exosfera, cuyo límite superior es condicional y está marcado por una altura de unos 1000 km sobre la superficie terrestre. Desde la exosfera, los gases atmosféricos se dispersan en el espacio mundial. Así que hay una transición gradual de la atmósfera al espacio interplanetario.
El aire atmosférico cerca de la superficie de la Tierra se compone de varios gases, principalmente nitrógeno (78,1 % en volumen) y oxígeno (20,9 % en volumen). La composición del aire en una pequeña cantidad también incluye los siguientes gases: argón, dióxido de carbono, helio, ozono, radón, vapor de agua. Además, el aire puede contener varios componentes variables: óxidos de nitrógeno, amoníaco, etc.
Además de gases, el aire contiene aerosol atmosférico, que son partículas sólidas y líquidas muy finas suspendidas en el aire. El aerosol se forma en el proceso de la actividad vital de los organismos, la actividad económica humana, las erupciones volcánicas, el ascenso del polvo de la superficie del planeta y del polvo cósmico que ingresa a la atmósfera superior.
La composición del aire atmosférico hasta una altura de unos 100 km es generalmente constante en el tiempo y homogénea en las diferentes regiones de la Tierra. Al mismo tiempo, el contenido de componentes gaseosos variables y aerosoles no es el mismo. Por encima de los 100–110 km, las moléculas de oxígeno, dióxido de carbono y agua se descomponen parcialmente. A una altitud de unos 1000 km, los gases ligeros -helio e hidrógeno- comienzan a predominar, e incluso más arriba, la atmósfera terrestre se convierte gradualmente en gas interplanetario.
vapor de agua es un constituyente importante del aire. Entra a la atmósfera por evaporación de la superficie del agua y del suelo húmedo, así como por la transpiración de las plantas. El contenido relativo de vapor de agua en el aire varía cerca de la superficie terrestre desde el 2,6 % en los trópicos hasta el 0,2 % en las latitudes polares. Con la distancia a la superficie de la Tierra, la cantidad de vapor de agua en el aire atmosférico disminuye rápidamente, y ya a una altura de 1,5 a 2 km se reduce a la mitad. En la troposfera, a medida que desciende la temperatura, el vapor de agua se condensa. Cuando el vapor de agua se condensa, se forman nubes, de las cuales cae la precipitación en forma de lluvia, nieve, granizo. La cantidad de precipitación que cae sobre la Tierra es igual a la cantidad de agua que se evapora de la superficie de la Tierra. El exceso de vapor de agua sobre los océanos es transportado a los continentes por las corrientes de aire. La cantidad de vapor de agua transportada en la atmósfera desde el océano a los continentes es igual al volumen del flujo del río que desemboca en los océanos.
Ozono El 90% se concentra en la estratosfera, el resto en la troposfera. El ozono absorbe la radiación ultravioleta del sol, que tiene un efecto negativo en los organismos vivos. Las áreas con bajos niveles de ozono en la atmósfera se llaman agujeros de ozono
Las mayores fluctuaciones en el espesor de la capa de ozono se observan en latitudes altas, por lo que la probabilidad de que se produzcan agujeros de ozono en las zonas cercanas a los polos es mayor que en el ecuador.
Dióxido de carbono entra en la atmósfera en grandes cantidades. Se libera constantemente como resultado de la respiración de los organismos, la combustión, las erupciones volcánicas y otros procesos que ocurren en la Tierra. Sin embargo, el contenido de dióxido de carbono en el aire es bajo, ya que la mayor parte se encuentra disuelto en las aguas de la hidrosfera. No obstante, se observa que en los últimos 200 años, el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera ha aumentado en un 35%. La razón de un aumento tan significativo es la actividad económica activa del hombre.
La principal fuente de calor para la atmósfera es la superficie de la Tierra. El aire atmosférico transmite bastante bien los rayos del sol a la superficie terrestre. La radiación solar que ingresa a la Tierra es parcialmente absorbida por la atmósfera, principalmente por el vapor de agua y el ozono, pero la gran mayoría llega a la superficie de la tierra.
La radiación solar total que llega a la superficie de la Tierra se refleja parcialmente en ella. La cantidad de reflexión depende de la reflectividad de un área particular de la superficie terrestre, la llamada albedo. El albedo promedio de la Tierra es de alrededor del 30 %, mientras que la diferencia entre los valores de albedo es del 7 al 9 % para chernozem al 90 % para la nieve recién caída. Cuando se calienta, la superficie de la tierra libera rayos de calor a la atmósfera y calienta sus capas inferiores. Además de la principal fuente de energía térmica de la atmósfera, el calor de la superficie terrestre, el calor ingresa a la atmósfera como resultado de la condensación del vapor de agua, así como al absorber la radiación solar directa.
El calentamiento desigual de la atmósfera en diferentes regiones de la Tierra provoca una distribución desigual de la presión, lo que conduce al movimiento de masas de aire a lo largo de la superficie de la Tierra. Las masas de aire se mueven desde áreas de alta presión a áreas de baja presión. Este movimiento de masas de aire se llama viento. Bajo ciertas condiciones, la velocidad del viento puede ser muy alta, hasta 30 m/s o más (más de 30 m/s - ya Huracán).
El estado de la capa inferior de la atmósfera en un lugar dado y en tiempo dado llamó clima. El clima se caracteriza por la temperatura del aire, la precipitación, la fuerza y dirección del viento, la nubosidad, la humedad del aire y la presión atmosférica. El clima está determinado por las condiciones de circulación atmosférica y la posición geográfica del área. Es más estable en los trópicos y más variable en latitudes medias y altas. La naturaleza del clima, su dinámica estacional depende de climatizado en este territorio.
Por debajo climatizado se entienden como las características meteorológicas que se repiten con mayor frecuencia en un área determinada y que persisten durante mucho tiempo. Estas son características promediadas durante 100 años: temperatura, presión, precipitación, etc. El concepto de clima (del griego. clima- inclinación) se originó en la antigua Grecia. Incluso entonces se entendió que las condiciones climáticas dependen del ángulo en el que los rayos del sol caen sobre la superficie de la Tierra. La principal condición para establecer un cierto clima en un área dada es la cantidad de energía por unidad de área. Depende de la radiación solar total que incide sobre la superficie terrestre y del albedo de esta superficie. Así, en la región del ecuador y cerca de los polos, la temperatura cambia poco durante el año, y en las regiones subtropicales y en latitudes medias, la amplitud térmica anual puede alcanzar los 65 °C. Los principales procesos que forman el clima son el intercambio de calor, el intercambio de humedad y la circulación atmosférica. Todos estos procesos tienen una fuente de energía: el Sol.
La atmósfera es una condición sine qua non para todas las formas de vida. Los más importantes para la vida de los organismos son los siguientes gases que forman parte del aire: oxígeno, nitrógeno, vapor de agua, dióxido de carbono, ozono. El oxígeno es esencial para la respiración de la gran mayoría de los organismos vivos. El nitrógeno, asimilado del aire por algunos microorganismos, es necesario para la nutrición mineral de las plantas. El vapor de agua, que se condensa y cae como precipitación, es la fuente de agua en la tierra. El dióxido de carbono es el material de partida para el proceso de fotosíntesis. El ozono absorbe la radiación ultravioleta fuerte dañina para los organismos.
Se supone que la atmósfera moderna es de origen secundario: se formó después de que se completara la formación del planeta hace unos 4500 millones de años a partir de los gases liberados por las capas sólidas de la Tierra. Durante la historia geológica de la Tierra, la atmósfera bajo la influencia de diversos factores ha sufrido cambios significativos en su composición.
El desarrollo de la atmósfera depende de los procesos geológicos y geoquímicos que ocurren en la Tierra. Luego del surgimiento de la vida en nuestro planeta, es decir, hace aproximadamente 3.500 millones de años, los organismos vivos comenzaron a tener un impacto significativo en el desarrollo de la atmósfera. Una parte significativa de los gases (nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua) surgió como resultado de erupciones volcánicas. El oxígeno apareció hace unos 2 mil millones de años como resultado de la actividad de organismos fotosintéticos que originalmente se originaron en las aguas superficiales del océano.
En los últimos años, se han producido cambios notables en el ambiente asociado con la actividad económica activa del hombre. Por lo tanto, según las observaciones, en los últimos 200 años ha habido un aumento significativo en la concentración de gases de efecto invernadero: el contenido de dióxido de carbono aumentó en 1,35 veces, el metano, en 2,5 veces. El contenido de muchos otros componentes variables en la composición del aire ha aumentado significativamente.
Los cambios en curso en el estado de la atmósfera -un aumento en la concentración de gases de efecto invernadero, agujeros de ozono, contaminación del aire- son problemas ambientales globales de nuestro tiempo.
La litosfera es uno de los componentes más importantes del entorno geológico, con actividad geodinámica y composición a la que se enfrenta la humanidad cada minuto. La función de recurso de la litosfera está predeterminada por los recursos minerales, organominerales y organogénicos que intervienen en su estructura. Son esenciales para la vida y actividad de la biota, actuando como uno de los componentes de los ecosistemas, así como para la vida. la sociedad humana. Los recursos de la litosfera incluyen los siguientes aspectos: recursos necesarios para la vida de la biota; los recursos necesarios para la vida y las actividades de la sociedad humana; recursos como espacio geológico necesario para el asentamiento y existencia de la biota y la sociedad humana. Si los dos primeros aspectos están asociados con los recursos minerales de la Tierra, entonces el último está exclusivamente con el espacio geológico, que cubre las partes cercanas a la superficie y superficiales de la litosfera.
Recursos minerales pertenecen a la categoría de recursos agotables y la gran mayoría de ellos no son renovables. Desempeñan un papel primordial en la vida de la sociedad humana, determinando su nivel material y científico y técnico. Desde la antigüedad, la cantidad de recursos minerales y el volumen de su extracción y uso han aumentado continuamente. En el Paleolítico, la extracción de materias primas se limitaba únicamente a aquellas rocas que podían ser materias primas para la fabricación de herramientas de piedra. Más tarde, los minerales metálicos comenzaron a participar en la esfera de actividad, primero el estaño y el cobre, y luego el hierro. La dinámica de extracción y uso de materias primas minerales se ha incrementado dramáticamente durante el último siglo. Según los pronósticos existentes, las reservas de varios tipos de materias primas minerales comenzarán a agotarse a mediados del siglo XXI. Recursos de la litosfera necesarios para la vida de la biota están representados por rocas y minerales, que incluyen elementos químicos de la serie biofílica, vitales para el crecimiento y desarrollo de los organismos, kudyurites, la sustancia mineral de los kudyurs, que es el alimento mineral de los litófagos, y las aguas subterráneas. El carbono, el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno, el calcio, el fósforo, el azufre, el potasio, el sodio y una serie de otros elementos son requeridos por los organismos en cantidades significativas, por lo que se denominan macrobiogénicos. Los elementos microbiogénicos para las plantas son Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, CI, V, Ca, que proporcionan los procesos de fotosíntesis, el metabolismo del nitrógeno y la función metabólica. Los animales requieren los mismos elementos, excepto el boro. Algunos de ellos se obtienen utilizando productores de alimentos, y otros, a partir de compuestos minerales y aguas naturales. Además, los animales (consumidores de primer y segundo orden) requieren adicionalmente selenio, cromo, níquel, flúor, yodo, etc. Estos elementos en pequeñas cantidades son vitales para la actividad de los organismos y el desempeño de funciones biogeoquímicas.
Algunos de los elementos enumerados se encuentran en estado gaseoso en la atmósfera, otros se encuentran disueltos en las aguas de la hidrosfera o se encuentran en estado ligado en la cubierta del suelo o litosfera. Las plantas (productoras) extraen estos elementos en el curso de su actividad vital directamente de los suelos junto con el suelo y las aguas subterráneas.
Las sustancias minerales de los kudyurs son alimento episódico de animales herbívoros (consumidores de primer orden) y omnívoros (consumidores de tercer orden). Los consumen con la comida al menos dos veces al año. Kudyury están diseñados para regular la composición de sal del cuerpo. Estos son principalmente minerales del grupo de las zeolitas. Además de las zeolitas, los minerales arcillosos como la bentonita, la glauconita y la diatomita son estimulantes del crecimiento de plantas, animales y peces.
El agua subterránea es la base para la existencia de la biota, determina la dirección y la velocidad procesos bioquimicos plantas y animales.
Recursos minerales necesarios para la vida. y actividades de la sociedad humana. Estos incluyen todos los minerales existentes que son utilizados por la humanidad para producir materiales necesarios y energía Actualmente se están extrayendo del subsuelo más de 200 tipos de minerales y el volumen de producción anual de materias primas minerales alcanza unos 20 mil millones de toneladas de masa rocosa al año. Los grupos más importantes de minerales y las direcciones principales de su uso se muestran en la fig. 8.4.
espacio geológico. Consiste en considerar - la litosfera como hábitat de la biota (animales excavadores y excavadores y microorganismos), y la actividad ingenieril-geológica del hombre.
Junto a ello, la evaluación de la función de recurso de la litosfera está asociada a la colocación en el espacio geológico de enterramientos de materiales altamente tóxicos y desechos radiactivos. Hay que tener en cuenta que los volúmenes de espacio geológico aptos para estos fines son muy limitados. Cada vez resulta más problemático encontrar soluciones adecuadas y lugares seguros para eliminación de residuos y vertederos industriales y domésticos. Un excelente ejemplo En este sentido, se ha convertido en Japón, que se ve obligado a llenar las áreas costeras de las áreas marinas y realizar construcciones en suelos a granel. Otros países, como Holanda, utilizan represas para proteger la tierra de las inundaciones del mar. Por lo tanto, no solo la tierra agrícola es un recurso natural valioso, sino que también la tierra destinada a la construcción industrial, civil y de transporte es de gran valor.
Arroz. 8.4. Esquema de uso de los principales recursos naturales de la litosfera.
La litosfera es la capa sólida superior del planeta con un espesor de 50 a 200 km, que tiene una gran fuerza y pasa sin un límite nítido definido en la astenosfera subyacente. Desde arriba, la litosfera está limitada por la hidrosfera y la atmósfera, que penetran parcialmente en ella. La litosfera es la base geológica del paisaje, los suelos, el medio de intercambio de materia y energía con la atmósfera y la hidrosfera superficial, a través de los cuales se realiza el ciclo del agua en la naturaleza. Sirve como reservorio de aguas dulces que forman parte de la estructura de la biota terrestre, proporcionando los procesos de su actividad vital. La litosfera es un ambiente de concentración de recursos minerales naturales necesarios para el funcionamiento y desarrollo de la humanidad como estructura social social. En este sentido, las propiedades de la litosfera requieren una consideración especial, principalmente desde el punto de vista de sus funciones geoecológicas, como producto del desarrollo natural y tecnogénico de la parte superior de la corteza terrestre. Las funciones geoecológicas de la litosfera se entienden como toda la variedad de funciones que determinan su papel y significado en el soporte vital de la biota y la sociedad humana. Todas las relaciones funcionales geoecológicas entre la litosfera natural y transformada tecnogénicamente, por un lado, y la biota y la humanidad, por el otro, pueden reducirse a cuatro grupos principales: recursos, geodinámica, geofísica y geoquímica.
La función geoecológica de recursos de la litosfera determina el papel de los recursos minerales, orgánicos y organominerales, el espacio geológico de la litosfera para la vida de la biota y la sociedad humana. Incluye los recursos minerales de la litosfera necesarios para la vida de la biota; recursos minerales necesarios para la sociedad humana como estructura social; recursos espaciales geológicos - recursos superficiales y volumétricos de la litosfera necesarios para el asentamiento y la existencia de la biota, incluidos los humanos como especie biológica y la humanidad como estructura social. Los dos primeros aspectos están relacionados con el estudio y evaluación de los recursos minerales, orgánicos y organominerales de la litosfera, incluidas las aguas subterráneas. Este último tipo de recursos se debe a la capacidad geoecológica del espacio geológico, cubriendo la parte cercana a la superficie de la litosfera, tanto en dimensiones areales como volumétricas. Los recursos de la litosfera necesarios para la vida de la biota, incluido el hombre como especie biológica, están representados por cuatro componentes: 1) rocas, que incluyen elementos de la serie biofílica - elementos solubles que son vitales para los organismos y se denominan elementos biogénicos ; 2) kudyurites - sustancias minerales de kudyurs, que son el alimento mineral de los animales - litófagos; 3) agua subterránea. Los elementos y sus compuestos, que forman la base de la serie biofílica y son requeridos por la biota en grandes cantidades, se denominan macrobiogénicos (carbono, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, calcio, fósforo, azufre) y, en pequeñas cantidades, microbiogénicos. Para las plantas Fe, Minnesota, Cu, zinc, b, Sí, Mo, cl, v, California, que proporcionan las funciones de fotosíntesis, metabolismo del nitrógeno y función metabólica. Los animales necesitan tanto los elementos enumerados (excepto el boro) como también selenio, cromo, níquel, flúor, yodo y estaño. A pesar de pequeñas cantidades, todos estos elementos son necesarios para la vida de los biosistemas y el desempeño de las funciones biogeoquímicas de los organismos vivos. Un aspecto importante asociados con la comprensión de la actividad vital de la biota están los ciclos biogeoquímicos. Estos son, en mayor o menor medida, vías cerradas para la circulación de los elementos químicos que componen el protoplasma celular desde el medio externo hacia el cuerpo y nuevamente ingresan al cuerpo. ambiente externo . En tal ciclo de materia, se distinguen dos fondos: reserva e intercambio. El primero, por regla general, el componente no biológico es una gran masa de sustancias que se mueven lentamente, el segundo es un intercambio rápido entre los organismos y su entorno. Sobre esta base, se distinguen dos tipos de ciclos biogeoquímicos: 1) circulación de sustancias gaseosas con fondo de reserva en la atmósfera y el océano; 2) ciclo sedimentario con un fondo de reserva en la corteza terrestre, que es objeto de estudio de las ciencias geológicas. Incluye elementos tales como fósforo, hierro, azufre, etc. Las sustancias minerales de kudyurs son alimentos episódicos de herbívoros y omnívoros, consumidos por ellos dos veces al año para regular la composición de sal del cuerpo. Estos son principalmente minerales del grupo de las zeolitas. Este grupo de recursos minerales incluye las llamadas fuentes "no tradicionales" de materias primas minerales, que incluyen zeolitas, bentonitas, poligorskitas, glauconitas, diatomita. Todos ellos son estimulantes del crecimiento de plantas, animales y peces. El agua subterránea como base para la existencia de la biota no requiere explicación. Como señaló V. I. Vernadsky, "durante solo 7 a 10 millones de años, la materia viva pasa a través de sí misma tal cantidad de agua que es igual en volumen y cantidad al océano mundial". Los recursos minerales necesarios para la vida y actividad de la sociedad humana pertenecen a la categoría de recursos agotables y al grupo de los no renovables, con excepción de las aguas subterráneas dulces. Desempeñan un papel especialmente importante en el desarrollo socioeconómico de la sociedad humana. De hecho, los recursos minerales son la base de la pirámide, lo que refleja los problemas socioeconómicos y geoecológicos del desarrollo de la base material de la sociedad moderna. Estos problemas están interconectados y juntos determinan el papel de la función de recursos de la litosfera (el estado de su base de recursos minerales) en el funcionamiento de los geosistemas de un alto nivel de organización. Actualmente, alrededor de 200 tipos de minerales se extraen de las entrañas, incluidos todos los elementos de la tabla periódica, y el volumen anual de producción mundial de materias primas minerales alcanza alrededor de 17 a 18 mil millones de toneladas de masa rocosa por año. Según las previsiones de algunos economistas, las reservas de muchos tipos de materias primas minerales se agotarán en 2050, y el plomo y el zinc solo durarán hasta principios del siglo XXI. La importancia geoecológica de las aguas subterráneas está determinada por los volúmenes y las direcciones de su uso. Los principales son: abastecimiento de agua doméstica y potable, abastecimiento de agua técnica, riego de terrenos, riego de pastos, médico (uso de aguas minerales con fines balneológicos), geotérmico (uso de aguas geotérmicas para calefacción y generación de electricidad), industrial (uso de agua subterránea para extraer una serie de componentes útiles: yodo, bromo, boro, litio, estroncio, sal de mesa, etc. ). Considerando el espacio geológico como un recurso necesario para el asentamiento y existencia de la biota, se puede afirmar que también aquí sus reservas son limitadas. En la actualidad, el 56% de la superficie terrestre se ha urbanizado en nuestro planeta. El espacio subterráneo de la litosfera se desarrolla intensamente en áreas urbanas y en lugares de enterramiento y almacenamiento de desechos peligrosos para el medio ambiente (tóxicos y radiactivos).
El impacto de la actividad económica humana en el entorno geológico aumenta cada año y se vuelve cada vez más incontrolable. Dependiendo del tamaño de la manifestación de tales procesos, hay gran escala (regional), local (areal, limitada), lineal (lateral) y puntual. impacto antropogénico. Con el tiempo, el impacto puede ser permanente y episódico. En condiciones naturales es difícil señalar el factor de impacto predominante, en la mayoría de los casos se observa el resultado de la influencia total de varios. Según la naturaleza del impacto sobre el medio geológico, se distinguen los impactos que conducen, por un lado, al agotamiento de sus recursos (captación de agua para necesidades de abastecimiento, recuperación de drenajes, minería, etc.), y por otro lado, a cambios positivos y negativos (reposición artificial de reservas, riego de terrenos, inundaciones, etc.).
Entre los principales factores de impacto tecnogénico se encuentran los siguientes: agrícola, industrial y residencial, minería, gestión del agua, transporte. Los factores industriales, residenciales y mineros tienen un impacto significativo en el curso del desarrollo (dinámica) del entorno geológico. Tal impacto se produce por la transformación del relieve de la superficie terrestre, diversas deformaciones de los macizos rocosos, contaminación química de suelos y aguas subterráneas, activación de procesos exógenos y sismotectónicos.
Varios factores de impacto tecnogénico en la parte superior de la litosfera conducen a una violación del estado ecológico natural del entorno geológico oa la contaminación de sus componentes, principalmente suelos y aguas subterráneas.
La perturbación del medio geológico se debe al impacto físico (mecánico, hidrodinámico, etc.) sobre los macizos rocosos, en los que se deforman y contribuyen al desarrollo de fenómenos adversos, muchas veces peligrosos. En el ejemplo de los sistemas para el desarrollo de yacimientos minerales, uno puede hacerse una idea de los principales procesos y fenómenos de este tipo (Tabla 6).
La remoción y movimiento de grandes volúmenes de rocas se debe a que los volúmenes de minerales en relación a las masas de roca extraída son pequeños. Para el hierro y el aluminio es del 15 al 30 %, para el plomo y el cobre es del 1 %, para la plata y el estaño es del 0,01 % y para el oro y el platino es del 0,00001 %. En este sentido, los volúmenes de vertederos son impresionantes, que a escala mundial equivalen a más de 1200 km 3 para minerales de mena, unos 100 para no metálicos y unos 300 km 3 para combustible. La minería a cielo abierto de materias primas minerales es en promedio 3 a 4 veces más barata que la minería a cielo abierto, por lo que la participación de la minería a cielo abierto es del 70%. En promedio, los tajos abiertos en el mundo se profundizan entre 5 y 10 m por año, sus profundidades máximas son de 500 a 700 m, y las alturas de los vertederos y montones de desechos superan los 100 m. Actualmente, hay hasta 1000–1500 montones de desechos en grandes cuencas de carbón. Así, las amplitudes del relieve tecnogénico se aproximan a 1 km. Cientos de miles de hectáreas de tierra han sido perturbadas por la minería a cielo abierto de minerales, en las que se han formado peculiares paisajes de canteras. Las dragas modernas procesan los depósitos productivos en depósitos aluviales a una profundidad de hasta 50 m. Anualmente, los paisajes tecnogénicos de las zonas industriales se expanden entre 35 y 40 mil hectáreas.
El bombeo de agua de los tajos abiertos, a menudo necesario para crear las condiciones para el desarrollo de depósitos, provoca una serie de procesos complejos en los fondos y paredes de los tajos abiertos.
Hay varias formas de extraer minerales.
Se extraen los recursos minerales que se encuentran en la superficie de la corteza terrestre o que se encuentran a poca profundidad en las entrañas. camino abierto . Un método de minería a cielo abierto es el proceso de creación de pozos en un depósito, que se denominan cortes o canteras. Las dimensiones de tales cortes y canteras dependen de la inmensidad del depósito y la profundidad de los depósitos minerales. Con la ayuda de un método abierto, las materias primas utilizadas para la construcción se extraen principalmente: piedra caliza, arena, tiza y similares. La turba, algunos tipos de carbón, así como los minerales de hierro y cobre también se extraen a cielo abierto.
Los minerales sólidos que yacen a grandes profundidades en las entrañas de la tierra se extraen utilizando estructuras de minas subterraneas. Muy a menudo, el carbón se extrae de esta manera. El método de minería de la minería se considera el más peligroso para la vida de los empleados de tales empresas.
Los minerales líquidos y gaseosos se extraen de la tierra perforando pozos especiales, desde donde los minerales salen a la superficie a través de tuberías. Para la extracción de minerales de cierto tipo, se utilizan métodos adicionales. Por ejemplo, para extraer sal, se disuelve bajo tierra suministrando agua a un pozo. Y las materias primas como el azufre se funden previamente bajo la acción del vapor caliente suministrado a través del pozo.
Incluso en la extracción de algunos metales no ferrosos, en el negocio minero se utiliza agua, más precisamente impurezas de aguas subterráneas. Así es como se extrae el litio: se encuentra en las aguas subterráneas, donde se disuelve y se encuentra en el agua mineral en forma de compuestos. También se pueden encontrar depósitos de aguas subterráneas de los que se precipita el cobre. Un ejemplo sorprendente es la mina Degtyarsky en los Urales. El cobre se disuelve en las aguas subterráneas bajo la acción de bacterias que pueden disolver compuestos de cobre con azufre, convirtiéndolos en sulfato de cobre.
Materias primas como el germanio, según muchos expertos, son rentables de extraer del procesamiento de las centrales térmicas, más precisamente de sus cenizas.
Cada año, se desarrollan nuevas formas de extraer minerales. El desarrollo de tecnologías modernas contribuye al surgimiento de nuevos métodos y equipos para la extracción de ciertos minerales.
65. FUNCIONES ECOLÓGICAS DE LA LITOSFERA: RECURSO, GEODINÁMICA, GEOFÍSICA Y GEOQUÍMICA
Desde la antigüedad, las personas han aprendido a utilizar para sus necesidades algunos de los recursos de la litosfera y otras capas de la Tierra, lo que se refleja en los nombres de los períodos históricos del desarrollo humano: "Edad de Piedra", "Edad de Bronce", "Edad de Hierro". Hoy en día, se utilizan más de 200 tipos diferentes de recursos. Todos Recursos naturales debe estar claramente separado de las condiciones naturales.
Recursos naturales- estos son los cuerpos y fuerzas de la naturaleza, que en un determinado nivel de desarrollo de las fuerzas productivas y el conocimiento pueden utilizarse para satisfacer las necesidades de la sociedad humana en forma de participación directa en la actividad material.
Por debajo minerales se refiere a las formaciones minerales de la corteza terrestre, que pueden utilizarse eficazmente en la actividad económica humana. La distribución de los minerales en la corteza terrestre está sujeta a leyes geológicas. Los recursos de la litosfera incluyen combustible, minerales y minerales no metálicos, así como energía. calor interno Tierra. Por lo tanto, la litosfera realiza una de las funciones más importantes para la humanidad: el recurso, proporcionando a una persona casi todos los tipos de recursos conocidos.
Además de la función de recurso, la litosfera también realiza una más función importante- geodinámica. Los procesos geológicos están teniendo lugar continuamente en la Tierra. Todos los procesos geológicos se basan en diferentes fuentes energía. La fuente de los procesos internos es el calor generado durante la desintegración radiactiva y la diferenciación gravitacional de sustancias dentro de la Tierra.
Varios movimientos tectónicos de la corteza terrestre están asociados con procesos internos, creando las principales formas de relieve: montañas y llanuras, magmatismo, terremotos. Movimientos tectónicos se manifiestan en lentas oscilaciones verticales de la corteza terrestre, en la formación de pliegues rocosos y fallas tectónicas. El cambio está sucediendo constantemente apariencia la superficie terrestre bajo la influencia de procesos litosféricos e intraterrestres. Podemos ver con nuestros propios ojos solo algunos de estos procesos. Estos incluyen, en particular, fenómenos tan amenazantes como los terremotos y el vulcanismo causados por la actividad sísmica de los procesos intraterrestres.
La diversidad de la composición química y propiedades fisicoquímicas de la corteza terrestre radica próxima función litosfera - geofísica y geoquímica. Según datos geológicos y geoquímicos a una profundidad de 16 km, el promedio composición química rocas de la corteza terrestre: oxígeno - 47%, silicio -27,5%, aluminio - 8,6%, hierro - 5%, calcio, sodio, magnesio y potasio - 10,5%, todos los demás elementos representan alrededor del 1,5%, incluido el titanio - 0,6 %, carbono - 0,1%, cobre - 0,01%, plomo - 0,0016%, oro - 0,0000005%. Obviamente, los primeros ocho elementos constituyen casi el 99% de la corteza terrestre. El cumplimiento por parte de la litosfera de esta función, no menos importante que las anteriores, conduce a la más eficaz uso economico casi todas las capas de la litosfera. En particular, el más valioso en términos de su composición y propiedades físicas y químicas es la capa superior delgada de la corteza terrestre, que tiene fertilidad natural y se llama suelo.