ЭКОЛОГИЯ ЧАСТЬ 2
На год каждый
житель Земли в среднем обеспечен 7,5 тыс. м3 воды. В Европе
норма водообеспечения ниже — 4,7, а в Азии всего 3,37 тыс. м3 .
Человечество уже столкнулось с проблемой ограниченности
водных ресурсов, а в ряде отдельных регионов планеты ее нехватка
ощущается особенно остро.
7.2.4. Литосфера
Литосфера (от греч. lithos — камень, sphaire — шар) —
верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая
с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества.
Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии
Земли.
256 Глава 7. БИОСФЕРА
7.2.4.1. Строение литосферы
Характерная особенность верхней мантии — ее рассло-
енность (рис. 7.20), установленная геофизическими методами
исследований. На глубине около 100 км под материками и
50 км под океанами ниже подошвы земной коры находится астеносфера
(от греч. asthenes — слабый, sphaire — шар). Это
слой, обнаруженный в 1914 г. немецким геофизиком Б. Гутенбергом.
В данном слое установлено резкое снижение скорости
распространения упругих колебаний, что объясняют размягченностью
вещества в нем. Предполагают, что вещество там
находится в твердо-жидком состоянии; твердые гранулы окружены
пленкой расплава.
Выше астеносферы породы мантии находятся в твердом состоянии
и совместно с земной корой образуют литосферу. Таким
образом, считается, что мощность литосферы составляет
50—200 км, в том числе земной коры — до 75 км на континентах
и 10 км под дном океана.
Ниже астеносферы располагается слой, в котором плотность
вещества возрастает, что увеличивает скорость распространения
сейсмических волн. Слой назван в честь русского ученого
Б. Б. Голицина, впервые указавшего на его существование.
Предполагается, что он состоит из сверхплотных разновидностей
кремнезема и силикатов.
Земная кора Земная кора Земная кора
континентального океанического типа континентального
• 1 Ш 2 • 3 Г~1 4
Рис. 7.20. Строение литосферы и ее положение относительно мантии
Земли: 1 — осадочный слой; 2 — гранитный слой; 3 — базальтовый
слой; 4 — верхняя мантия
7.2. Геосферные оболочки Земли 257
Верхняя часть земной коры, постоянно видоизменяемая
под влиянием механического и химического воздействий по-
годно-климатических факторов, растений и животных, выделяется
в отдельный слой, называемый корой выветривания.
7.2.4.2. Вещественный состав земной коры
Химические элементы. В конце прошлого столетия
американский геохимик Фрэнк У. Кларк (1847—1931) задался
целью установить состав земной коры и, проанализировав
около 6000 горных пород, в 1889 г. впервые получил среднее
содержание различных элементов. В его честь русский геохимик
и минералог А. Е. Ферсман предложил среднее содержание
химических элементов в земной коре называть клерками1.
Более поздние исследования показали, что в целом результаты
Кларка были близки к истине.
В настоящее время установлено, что более чем на 80% земная
кора состоит из кислорода, кремния и алюминия (табл. 7.10).
Таблица 7.10.
Кларки наиболее распространенных химических элементов
Химический
элемент
наименование
Кислород
Кремний
Алюминий
Железо
Кальций
символ
О
Si
Al
Fe
Ca
Кларк, %
46,6—49,1
26,0—29,5
7,45—8,14
4,20—5,00
2,71—3,63
Химический
элемент
наименование
Натрий
Калий
Магний
Водород
ИТОГО
символ
Na
К
Mg
н
Кларк, %
2,01—2,83
2,35—2,59
1,79—2,35
до 1
более 99%
Менее всего земная кора содержит инертных газов —
гелия, неона и радона, что связано с их высокой подвижно-
1 Термин «кларк» в настоящее время используется также и для количественной
оценки среднего содержания химических элементов в атмосфере,
гидросфере, живом веществе биосферы, Земле в целом, горных
породах, космических объектах и т. п. Выражается в единицах массы
(% , г/т и др.) или в атомных процентах.
9 Экология
258 Глава 7. БИОСФЕРА
стью: они легко переходят в атмосферу, откуда рассеиваются
в космическом пространстве. Одновременно земная кора пополняется
космическим веществом, выпадающим в виде метеоритов
и космической пыли.
Со временем некоторые химические элементы, в частности
радиоактивные, трансформируются. На этом основании предполагают,
что кларки урана и тория в минувшие геологические
эпохи были значительно выше, а свинца — ниже, чем
сейчас. Это относится ко всем элементам и изотопам, подверженным
изменениям. По А. А. Саукову, 2 млрд лет назад атомов
изотопа U2 3 5 , имеющего период полураспада 7,1 • 108 лет,
на Земле было в 6 раз больше, чем сейчас.
Кларки химических элементов в современных горных породах
следующие: в среднем в 1 м3 содержится железа 130 кг,
алюминия 230 кг, меди 0,26 кг, олова 0,1 кг. В природе встречаются
участки, где фактическое содержание того или иного
химического элемента значительно выше его кларкового значения.
Такие участки геологи исследуют с целью поиска месторождений
полезных ископаемых.
Минералы. Химические элементы земной коры образуют
естественные соединения, состоящие из одного, но чаще всего
из нескольких элементов. Минералы (от лат. minera — руда) —
однородные по составу, внутренней структуре и свойствам твердые
химические соединения. Иногда к минералам относят
и жидкие природные вещества — жидкую ртуть, воду, нефть.
Известно более 3 тыс. минералов, большинство из которых
являются кристаллами и обычно имеют форму многогранников.
В строении земной коры существенную роль играют всего
несколько десятков минералов, называемых породообразующими.
Наиболее распространены из них — полевые шпаты
(55%), иные силикаты (15%), кварц (12%), различные виды
слюды (3%), магнетит и гематит (3%).
Минералы отличаются друг от друга по внешним признакам,
к которым относят облик кристаллов, цвет самого минерала,
цвет его черты1, твердость, плотность, спайность2 и др.,
а также химическому составу и структуре.
1 Цвет черты — цвет следа, остающегося на матовой шероховатой
поверхности фарфоровой пластины, оцарапанной каким-нибудь минералом.
Обычно он совпадает с цветом самого минерала, но иногда резко отличается.
Так, черный гепатит имеет красную черту.
2 Спайность — способность минералов раскалываться по ровным
плоскостям в определенных кристаллографических направлениях.
7.2. Геосферные оболочки Земли 259
Чем выше природный кларк химического элемента, тем
больше минералов, в которые входит этот элемент. Кислород
встречается почти в половине известных минералов. Так,
большое количество химически связанного кислорода находится
в силикатах (от лат. silicis — кремень), относящихся к
одному из важных классов минералов.
Горные породы. В земной коре минералы группируются в
естественные ассоциации — горные породы. Выделяют магматические,
осадочные и метаморфические породы.
М а г м а т и ч е с к и е ( и з в е р ж е н н ы е ) г о р н ы е пор
о д ы . Они образуются при остывании расплавленных магм,
поднимающихся из глубин Земли к ее поверхности. Различают
г л у б и н н ы е породы, если магма застыла на глубине,
и и з л и в ш и е с я , если остывание произошло уже на поверхности.
Магматические породы состоят преимущественно
из силикатов и алюмосиликатов, наиболее важными компонентами
которых являются кремнезем (Si02) и глинозем
(А1203). Дальнейшая классификация ведется прежде всего в
зависимости от содержания в породе кремнезема — ангидрида
кремниевой кислоты (табл. 7.11).
Таблица 7.11
Деление магматических пород по содержанию
диоксида кремния
Породы
Ультраосновные*
Основные*
Средние
Кислые
Содержание
SiOr %
Менее 40
40—52
52—65
Более 65
Характерные породы
глубинные
Дунит, пироксе-
нит, перидотит
Габбро
Диорит
Гранит, граноди-
орит
излившиеся
Базальт, долерит
Андезит
Дацит, липарит
Ультраосновные и основные породы содержат много оснований (соединений
кальция, магния, железа и др.) и бедны кремнекислотой.
О с а д о ч н ы е г о р н ы е п о р о д ы . Они образуются путем
переотложения на поверхности Земли или на дне морей,
озер, болот, рек продуктов разрушения различных коренных
260 Глава 7. БИОСФЕРА
пород. Ими покрыто более 75% поверхности континентов.
Осадочные породы накапливались и уплотнялись иногда миллионы
лет. С ними связаны такие важнейшие полезные ископаемые,
как нефть и природный газ, уголь, железо, алюминий,
золото и др.
В зависимости от происхождения осадочные породы делят
на обломочные, глинистые, химические и биохимические.
Обломочные породы. Это продукты механического разрушения
коренных горных пород. Их классифицируют по размерам
обломков (в мм):
грубообломочные породы более 1
песчаные породы •.-\'- 0,1—1,0
алевритовые фракции 0,01—0,1
Обломочные породы могут быть разделены на рыхлые
и сцементированные, а также на угловатые и окатанные (округленные).
житель Земли в среднем обеспечен 7,5 тыс. м3 воды. В Европе
норма водообеспечения ниже — 4,7, а в Азии всего 3,37 тыс. м3 .
Человечество уже столкнулось с проблемой ограниченности
водных ресурсов, а в ряде отдельных регионов планеты ее нехватка
ощущается особенно остро.
7.2.4. Литосфера
Литосфера (от греч. lithos — камень, sphaire — шар) —
верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая
с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества.
Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии
Земли.
256 Глава 7. БИОСФЕРА
7.2.4.1. Строение литосферы
Характерная особенность верхней мантии — ее рассло-
енность (рис. 7.20), установленная геофизическими методами
исследований. На глубине около 100 км под материками и
50 км под океанами ниже подошвы земной коры находится астеносфера
(от греч. asthenes — слабый, sphaire — шар). Это
слой, обнаруженный в 1914 г. немецким геофизиком Б. Гутенбергом.
В данном слое установлено резкое снижение скорости
распространения упругих колебаний, что объясняют размягченностью
вещества в нем. Предполагают, что вещество там
находится в твердо-жидком состоянии; твердые гранулы окружены
пленкой расплава.
Выше астеносферы породы мантии находятся в твердом состоянии
и совместно с земной корой образуют литосферу. Таким
образом, считается, что мощность литосферы составляет
50—200 км, в том числе земной коры — до 75 км на континентах
и 10 км под дном океана.
Ниже астеносферы располагается слой, в котором плотность
вещества возрастает, что увеличивает скорость распространения
сейсмических волн. Слой назван в честь русского ученого
Б. Б. Голицина, впервые указавшего на его существование.
Предполагается, что он состоит из сверхплотных разновидностей
кремнезема и силикатов.
Земная кора Земная кора Земная кора
континентального океанического типа континентального
• 1 Ш 2 • 3 Г~1 4
Рис. 7.20. Строение литосферы и ее положение относительно мантии
Земли: 1 — осадочный слой; 2 — гранитный слой; 3 — базальтовый
слой; 4 — верхняя мантия
7.2. Геосферные оболочки Земли 257
Верхняя часть земной коры, постоянно видоизменяемая
под влиянием механического и химического воздействий по-
годно-климатических факторов, растений и животных, выделяется
в отдельный слой, называемый корой выветривания.
7.2.4.2. Вещественный состав земной коры
Химические элементы. В конце прошлого столетия
американский геохимик Фрэнк У. Кларк (1847—1931) задался
целью установить состав земной коры и, проанализировав
около 6000 горных пород, в 1889 г. впервые получил среднее
содержание различных элементов. В его честь русский геохимик
и минералог А. Е. Ферсман предложил среднее содержание
химических элементов в земной коре называть клерками1.
Более поздние исследования показали, что в целом результаты
Кларка были близки к истине.
В настоящее время установлено, что более чем на 80% земная
кора состоит из кислорода, кремния и алюминия (табл. 7.10).
Таблица 7.10.
Кларки наиболее распространенных химических элементов
Химический
элемент
наименование
Кислород
Кремний
Алюминий
Железо
Кальций
символ
О
Si
Al
Fe
Ca
Кларк, %
46,6—49,1
26,0—29,5
7,45—8,14
4,20—5,00
2,71—3,63
Химический
элемент
наименование
Натрий
Калий
Магний
Водород
ИТОГО
символ
Na
К
Mg
н
Кларк, %
2,01—2,83
2,35—2,59
1,79—2,35
до 1
более 99%
Менее всего земная кора содержит инертных газов —
гелия, неона и радона, что связано с их высокой подвижно-
1 Термин «кларк» в настоящее время используется также и для количественной
оценки среднего содержания химических элементов в атмосфере,
гидросфере, живом веществе биосферы, Земле в целом, горных
породах, космических объектах и т. п. Выражается в единицах массы
(% , г/т и др.) или в атомных процентах.
9 Экология
258 Глава 7. БИОСФЕРА
стью: они легко переходят в атмосферу, откуда рассеиваются
в космическом пространстве. Одновременно земная кора пополняется
космическим веществом, выпадающим в виде метеоритов
и космической пыли.
Со временем некоторые химические элементы, в частности
радиоактивные, трансформируются. На этом основании предполагают,
что кларки урана и тория в минувшие геологические
эпохи были значительно выше, а свинца — ниже, чем
сейчас. Это относится ко всем элементам и изотопам, подверженным
изменениям. По А. А. Саукову, 2 млрд лет назад атомов
изотопа U2 3 5 , имеющего период полураспада 7,1 • 108 лет,
на Земле было в 6 раз больше, чем сейчас.
Кларки химических элементов в современных горных породах
следующие: в среднем в 1 м3 содержится железа 130 кг,
алюминия 230 кг, меди 0,26 кг, олова 0,1 кг. В природе встречаются
участки, где фактическое содержание того или иного
химического элемента значительно выше его кларкового значения.
Такие участки геологи исследуют с целью поиска месторождений
полезных ископаемых.
Минералы. Химические элементы земной коры образуют
естественные соединения, состоящие из одного, но чаще всего
из нескольких элементов. Минералы (от лат. minera — руда) —
однородные по составу, внутренней структуре и свойствам твердые
химические соединения. Иногда к минералам относят
и жидкие природные вещества — жидкую ртуть, воду, нефть.
Известно более 3 тыс. минералов, большинство из которых
являются кристаллами и обычно имеют форму многогранников.
В строении земной коры существенную роль играют всего
несколько десятков минералов, называемых породообразующими.
Наиболее распространены из них — полевые шпаты
(55%), иные силикаты (15%), кварц (12%), различные виды
слюды (3%), магнетит и гематит (3%).
Минералы отличаются друг от друга по внешним признакам,
к которым относят облик кристаллов, цвет самого минерала,
цвет его черты1, твердость, плотность, спайность2 и др.,
а также химическому составу и структуре.
1 Цвет черты — цвет следа, остающегося на матовой шероховатой
поверхности фарфоровой пластины, оцарапанной каким-нибудь минералом.
Обычно он совпадает с цветом самого минерала, но иногда резко отличается.
Так, черный гепатит имеет красную черту.
2 Спайность — способность минералов раскалываться по ровным
плоскостям в определенных кристаллографических направлениях.
7.2. Геосферные оболочки Земли 259
Чем выше природный кларк химического элемента, тем
больше минералов, в которые входит этот элемент. Кислород
встречается почти в половине известных минералов. Так,
большое количество химически связанного кислорода находится
в силикатах (от лат. silicis — кремень), относящихся к
одному из важных классов минералов.
Горные породы. В земной коре минералы группируются в
естественные ассоциации — горные породы. Выделяют магматические,
осадочные и метаморфические породы.
М а г м а т и ч е с к и е ( и з в е р ж е н н ы е ) г о р н ы е пор
о д ы . Они образуются при остывании расплавленных магм,
поднимающихся из глубин Земли к ее поверхности. Различают
г л у б и н н ы е породы, если магма застыла на глубине,
и и з л и в ш и е с я , если остывание произошло уже на поверхности.
Магматические породы состоят преимущественно
из силикатов и алюмосиликатов, наиболее важными компонентами
которых являются кремнезем (Si02) и глинозем
(А1203). Дальнейшая классификация ведется прежде всего в
зависимости от содержания в породе кремнезема — ангидрида
кремниевой кислоты (табл. 7.11).
Таблица 7.11
Деление магматических пород по содержанию
диоксида кремния
Породы
Ультраосновные*
Основные*
Средние
Кислые
Содержание
SiOr %
Менее 40
40—52
52—65
Более 65
Характерные породы
глубинные
Дунит, пироксе-
нит, перидотит
Габбро
Диорит
Гранит, граноди-
орит
излившиеся
Базальт, долерит
Андезит
Дацит, липарит
Ультраосновные и основные породы содержат много оснований (соединений
кальция, магния, железа и др.) и бедны кремнекислотой.
О с а д о ч н ы е г о р н ы е п о р о д ы . Они образуются путем
переотложения на поверхности Земли или на дне морей,
озер, болот, рек продуктов разрушения различных коренных
260 Глава 7. БИОСФЕРА
пород. Ими покрыто более 75% поверхности континентов.
Осадочные породы накапливались и уплотнялись иногда миллионы
лет. С ними связаны такие важнейшие полезные ископаемые,
как нефть и природный газ, уголь, железо, алюминий,
золото и др.
В зависимости от происхождения осадочные породы делят
на обломочные, глинистые, химические и биохимические.
Обломочные породы. Это продукты механического разрушения
коренных горных пород. Их классифицируют по размерам
обломков (в мм):
грубообломочные породы более 1
песчаные породы •.-\'- 0,1—1,0
алевритовые фракции 0,01—0,1
Обломочные породы могут быть разделены на рыхлые
и сцементированные, а также на угловатые и окатанные (округленные).