Внешние геосферные оболочки: литосфера, гидросфера и атмосфера

Литосферой называют верхнюю твердую оболочку Земли, которая включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Толщина литосферы, по одним данным, составляет 30-70 км, по другим — 50-200 км. В верхней своей части она слагается гранитами, в нижней — базальтовыми породами. Согласно современным представлениям литосфера состоит из 8-9 крупных плит, которые перемещаются в горизонтальном направлении по астеносфере — подстилающему литосферу слою пониженной твердости и вязкости в верхней мантии Земли. Литосферные плиты — это крупные (до нескольких тысяч километров) блоки земной коры, включающие в себя континентальную и океаническую кору. На границе их находятся сейсмически и тектонически активные зоны разломов. Это означает, что границы литосфер- ных плит совпадают с очагами вулканической активности и землетрясений. Теория литосферных плит подтверждается фактом миграции материков. Проведенные измерения показывают, что Австралия удаляется от Антарктиды на 7 см в год, Южная Америка от Африки — на 4, а Северная Америка от Евразии — на 2 см. В основе геотектонического механизма, обеспечивающего подвижность плит, лежит процесс дифференциации вещества в глубинах Земли. Считается, что на границе между мантией и ядром за счет разности их температур происходят конвекционные процессы: тяжелое железо тонет, а более легкие элементы всплывают вверх к земной коре. Восходящие потоки более легкого и нагретого вещества компенсируются нисходящими потоками вещества более тяжелого и холодного, которое заполняет освобождающуюся нишу. Восходящие и нисходящие потоки в мантии пространственно разделены. Поэтому у верхней ее границы, под земной корой, образуются горизонтальные потоки, направленные от точек выхода восходящих движений вещества к зонам его опускания. На этих горизонтальных потоках скользят литосферные плиты, на которых расположены земные материки.

Гидросферой называют совокупность всех водных запасов Земли, а именно: океанов, морей, рек, озер, болот, подземных вод, ледников и снежных покровов. Общие запасы воды на Земном шаре составляют 1,5 млрд км³. Соленая морская вода составляет 97% этого объема, замерзшая вода ледников — 2%, а пресная вода рек, озер, прудов, родников вместе с подземными водами — только 1%. Ледники также состоят из пресной воды. В течение года с поверхности Земли и океанов испаряется около 355 тыс. км³ воды. Большая часть ее — около 90% — затем выпадает в виде осадков над поверхностью океанов и морей, а оставшаяся влага осаждается на суше и потом реками выносится в океан, уходит под землю, консервируется в ледниках. В течение длительного времени считалось, что цикл воды представляет собой замкнутый круговорот. В настоящее время доказано, что непрерывно происходит утечка воды и воздуха в мировое пространство, поэтому возникает потребность в разработке методов сохранения воды на Земле.

Непрерывный круговорот воды оказывает большое влияние на климат и обмен веществ на всей планете. Водяные пары, находясь в воздухе, задерживают в атмосфере тепло Земли. Чем больше испаряется воды, тем мягче климат.

Различают континентальный и морской кkимат. На территории с морским климатом сезонные колебания температуры значительно меньше, чем там, где преобладает континентальный климат. Относительная мягкость морского климата обусловлена тем, что в теплый сезон года большая масса океанской воды согревается медленнее суши и поэтому охлаждает воздух, а зимой наоборот: теплая вода океана согревает холодный воздух. Причина этого явления — большая теплоемкость воды.
Следует заметить, что воды гидросферы возникли в результате химической дифференциации ее недр: химические реакции, которые проходили в недрах Земли, привели к восстановлению молекулярной воды из минералов.

Атмосферой называют воздушную оболочку Земли.

Основные составляющие современной атмосферы — азот (78%) и кислород (21%). Атмосфера, кроме этого, содержит в небольших количествах диоксид углерода, аргон, гелий, водород и озон. Плотность воздуха возрастает по мере приближения к поверхности Земли. Масса 1 м³ воздуха у земной поверхности составляет в среднем 1,293 кг. На высоте 10 км она снижается до 400 г, а на высоте 40 км составляет всего 4 г. Нижняя часть атмосферы называется тропосферой. Она простирается до высоты 10 км в полярных широтах и до 18 км в тропических широтах. В тропосфере происходит образование облаков. Над тропосферой до высоты 50-55 км над земной поверхностью находится стратосфера. Еще выше расположена ионосфера.

Основными процессами в атмосфере являются солнечная радиация и конвективный обмен. В рамках общей циркуляции атмосферы воздушные массы перемещаются от экватора к полюсам. В наиболее нагреваемой экваториальной зоне практически во все времена года сохраняется малое барометрическое давление. Вследствие этого появляются восходящие токи воздуха, а в самой экваториальной зоне господствуют штили и слабые переменные ветры. Поднимающиеся массы воздуха растекаются к северу и югу от экватора.

Погода, как известно, отличается изменчивостью и обусловлена множеством взаимосвязанных процессов: температура влияет на давление, давление — на ветры, ветры — на осадки, а осадки и давление, в свою очередь, на температуру. Погода и климат определяются взаимодействием прилегающих слоев атмосферы и океана, которое ввиду сложности протекающих при этом процессов изучено недостаточно. Климат имеет выраженную цикличность, которая обусловлена разными факторами. Климатические ритмы могут быть описаны гармоническими колебаниями. В частности, гармоника с периодом 40 тыс. лет имеет амплитуду 6-9 °С, а гармоника с периодом 10 тыс. лет — 4-6 °С.

Выделение в составе земного шара ряда геосферных оболочек: литосферы, гидросферы и атмосферы носит весьма условный характер. Земные оболочки различаются прежде всего плотностью составляющих их физических веществ. Плотность воздуха даже в самых нижних его слоях очень мала. При атмосферном давлении 760 мм рт. ст. масса 1 дм³ (соответствует по объему 1 л) воздуха равна 1,29 г. Масса 1 л воды составляет приблизительно 1 кг. Масса 1 дм³ равняется 2,5-2,8 кг. Тем не менее земные оболочки взаимосвязаны и проникают друг в друга. Гидросфера практически всегда присутствует в литосфере и в атмосфере, атмосфера — в литосфере и гидросфере.