Bxcvbvcbv. Cvvc

1. Представления о географической оболочке, существовавшие к началу 70-х годов.

Толщина приблизительно 40км ?(вверх на 25 км и в Океане на 10 км)?. Отличия внешнего слоя Земли от других сфер Земли: 1)исключительное богатство разными видами свободной энергии; 2)чрезвычайно разнообразная степень агрегированности вещества; разнообразится от свободных элементарных частиц (атомы, молекулы) до сложнейших тел на поверхности Земли; 3) наличие органического мира, почвенного покрова и образование осадочных пород; 4) существование разных форм рельефа; 5) концентрация тепла, поступающего от Солнца; 6) господство законов термодинамики низких температур и давленияя; 7) существование человеческого общества. Вывод: сложнее, динамичнее и активнее нет оболочки на Земле, чем географичсекая оболочка. Неповторимость и сложность системы объясняется тем, что формирование её и развитие протекало под совместным, часто противоречивым воздействием внутренних и космических сил.

Особенности системы: функционирование живых организмов и наличие воды в разных агрегатных состояниях.

Географическая оболочка - это внешняя оболочка Земли, в которой контактируют, проникают друг в друга и активно взаимодествуют разные среды (твердая, жидкая, газообразная) и органический мир и действуют разные виды энергии. Отдельные составные части оболочки изучают многие науки, однако вся оболочка служит объектом исследования только физической географии, значит её можно именовать ландшафтной облочкой. Биосфера и гидросфера полностью входят в ЛО, а вверх от физической поверхности Земли эта оболочка простирается до высоты 25-30 км. Толща осадочных пород - полоса взаимодействия воды, воздуха и органических веществ.учитывая современные процессы, к ЛО относят область гипергенеза (выход на поверхность Земли осадочных, изверженных и метаморфических пород). Мощность области гипергенеза не велика, в отдельных случаях достигает 500-800 м (процессы деления пород под влиянием внешних сил).

Основные энергетические компоненты ЛО: лучистая энергия Солнца, гравитационная энергия, внутреннее тепло Земли, энергия космических лучей.

В группе естественых географических наук предметом исследования могут быть: вся ЛО как целостная система; отдельные участки ЛО (геокомплексы) и группы этих участков; отдельные компоненты или части ЛО (для отраслевых наук). Физичсекая географическая занимается только первыми двумя предметами. Отрасли: общее землеведение (общ.физ.гео) [предмет изучения общ.землевеения - ЛО в целом, наболее общие особенности её вещественного состава, географические структуры и её развитие], региональная физ.география (ландшафтоведение) [предмет изучения региональной физ.географии - геокомплексы и их различные группировки], палеогеография (общая [история ЛО] и региональная [история отдельных территорий]). Географическая и ландшафтная облочки рассматриваются как синонимы.

2. Представления о ГО, принятые в настоящее время в общем землеведении.

Вопрос о границах ГО рассматривался неоднократно. 1-я точка зрения (Черванев и др.): верхняя граница ГО должна проводиться по уровню наибольшей концентрации озона в озоновом слое (25-30 км), т.к. озоновый слой поглащает жёсткую у/ф радиацию, а следовательно только ниже этого слоя возможна жизнь. 2-я точка (Исаченко А.Г., Мельков): проводят границу оболочки по верхней границе тропосферы. Основывались на том, что тропосфера активно взаимодействует с земной поверхностью, все части тропосферы нессут в себе явные следы влияния поверхности.

Основные закономерности, наблюдаемые в пределах Земли: поясность, зональность, секторность, различия между материковыми и океаническими обстановками, которые проявляются через различия запылённоти, и в тропосфере - воздушные массу, влажность воздуха.. в стратосфере закономерности распределения метеоритных явлений имеют уже иной характер. Влияние земной поверхности в стратосфере уже пости не скзаывается. Вся влага, создающаяся в атмосфере, приурочена к тропосфере. Тогда верхняя гарница ГО - верхняя граница тропосферы. Отличается отсутствием единства во мнениях о положении нижней границы ГО. 1-я т.зр-я (некоторые исследователи): нижнюю границу ГО включать в часть земной коры, где взаимодействуют вода и воздух. Кора выветривания, вверху коры формируется почва. Зона активного преобразования вещества до нескольких десятков метров (Океан), на суше 100 м. Причина различий: нижняя граница является нечёткой, расплывчатой. Отсуттвуют силы, которые формировали бы эту границу.

Землеведение: оптимальные границы ГО: верхняя граница озонового слоя, нижняя граница подошва земной коры. В пределах которых находится основная часть атмосферы, вся гидросфера и сформированный за время самостоятельного развития Земли верхний слой литосферы с живущими (жившими) в них организмами и слезами человечесокй деятельности.

3. Составные части географической оболочки. Отдельные части Земли, занятые преимущественно одним компонентом определенного состояния, выделяются в качестве геосфер. Географическая оболочка, или глобальная геосфера, состоит из неразрывного комплекта частных геосфер, совместно функционирующих в присутствии биоты, и это определяет специфические черты и особенности географической оболочки как единого целого. Литосфера, атмосфера и гидросфера образуют практически непрерывные оболочки. Биосфера понимается как совокупность живых организмов в определенной среде обитания; она не занимает самостоятельного пространства, а осваивает вышеназванные сферы: полностью -- гидросферу, лишь отчасти -- атмосферу и литосферу. Географическая оболочка включает в себя все живые организмы, хотя каждая частная сфера имеет свою биоту, которая является ее неотъемлемым компонентом. Специфическое положение занимают некоторые другие оболочки -- криосфера (сфера холода) и педосфера (почвенный покров). В современных исследованиях составные части геосфер по мере их дифференциации на структурные элементы, называют геосистемами, т. е. комплексами, возникающими при определенном взаимодействии и интеграции геокомпонентов. Простейшие геосистемы формируются при взаимодействии вещества косного уровня организации: это ледники вместе со вмещающим их ложем и прилегающими слоями воздуха; речной бассейн, рассматриваемый как система водных потоков вместе с частями земной поверхности, которые он занимает, а также грунтовыми водами, и т. д. Более сложные взаимоотношения существуют в таких геосистемах, как природные территориальные или ландшафтные комплексы. Они соответствуют блокам географической оболочки, включающим слой земной коры с почвой, биоценоз и слой тропосферы определенной толщины. На океанах выделяют подводные ландшафты и аквальные комплексы.

4. О соотношении понятий географическая оболочка и биосфера в контексте эволюции географической облочки.

Биосфера входит в ГО и состав её постоянно меняется. Близость понятий не случайна, если ГО сопоставлять с современной биосферой. Поскольку биота распространенаво всей ГО, то понятие ГО и биосфера становятся идентичными. Почти все проявления жизни прямо или косвенно связаны с поверхностью Земли. Трансформация литогенеза под влиянием жизни - обоюдное влияние. Должна совпадать граница биосферы с экзогенными процессами. Нижню границу ГО в литогенезе нужно проводить по ранице гипергенеза (экзогенных процессов, в частности выветривание). В пределах оболочки происходили объединения процессов: экзогенные, проникновение солнечной энергии и т.д., т.е. нижняя граница ГО там, где исчезает действие поверхностных процессов. Славин и Ясаманов указывают, что ГО охватывает всё пространство, связанное с земной поверхностью. ГО - сложная внешняя оболочка Земли, в пределах которой происходит соприкосновение и взаимопроникновение четырёх внешних оболочек Земли, точнее только той части лтосферы, в пределах которой с веществом земной коры взаимодействуют гидро-, атмо- и биосфера. Все объекты изучения палеогеографии - все составляющие ГО минувших лет. Присоединиться к исследователям, которые проводят верхнюю границу по тропопаузе более обоснованно. В функциональном смысле ГО - сложная внешняя оболочка Земли, в пределах которой происходят под влиянием космичеких явлений, и прежде всего солнечной энергии, интенсивные взаимодействия минеральной, жидкой и газовой сред, а после возникновения биосферы ещё и живого вещества. Биосфера - часть ГО, сложная внешняя оболочка Земли, населённая живыми организмами. ГО всегда существоала на планете. Биосфера же понятие историческое, возикла на определённой стадии развития. Её роль существенно менялась с ходом геологического времени. В конце концов в общем совпали. Биосфера активно и интенсивно эволюционирует. Оба эти понятия - производные факторов Земли и Космоса. Живое вещество определяет многие существенные черты в развитии Земли.

5. Границы биосферы, биосфера, живое вещество. Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Чаще биосферой в широком смысле называют область активной современной жизни организмов, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Биосфера, как и остальные геосферы, -- материальная оболочка; последнее означает, что она имеет определенный набор химических элементов, входящих в состав живого вещества. Понятие "живое вещество" обозначает совокупность живых организмов биосферы. Это понятие было введено В. И. Вернадским. Поскольку основным фактором распространения жизни является солнечная энергия, то все живые организмы распределены главным образом в верхних слоях литосферы и гидросферы, а также во всей тропосфере. Чем лучше та или иная земная оболочка пропускает солнечные лучи, тем на большую глубину она заселена живыми организмами. Однако биосфера не кончается там, куда доходит свет. В литобиосфере живые организмы проникают на ничтожную глубину. Основная их масса сосредоточена в верхнем слое почвы мощностью в несколько десятков сантиметров, и редко кто проникает на несколько метров или десятков метров в глубь (корни растений, дождевые черви). Проникновение зеленых растений вглубь литосферы невозможно из-за отсутствия света. Животные не находят там питания. Механические свойства горных пород, слагающих литосферу, также препятствуют распространению в них жизни. Наконец, с продвижением в недра Земли температура возрастает, и нормальная жизнь, казалось бы, невозможна. Однако глубокое бурение показало наличие живых микроорганизмов на глубинах более 3 км, в том числе ниже дна океанов, т. е. под современной толщей воды. Гидробиосфера как материков, так и океанов в отличие от атмосферы и литосферы заполнена жизнью по всей своей толще, и повсюду, куда проникали приборы и обитаемые аппараты, исследователи находили живые организмы.

Границы биосферы:

Верхняя граница в атмосфере: 15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ-излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5--7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Граница между атмосферы и литосферы в гидросфере: 10--11 км. Она определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

6. Климатические типы литогенеза. Различают 4 Т. л.: ледовый, гумидный, аридный и вулканогенно-осад. Первые три обусловлены климатическими факторами: сочетанием температуры и влажности. Так, ледовый тип возникает на участках континентов, где средняя температура года значительно ниже 0®, а количество осадков преобладает над испарением. В этих условиях вода существует практически лишь в твердой форме, хим. и биогенные процессы подавлены и осадки имеют чисто обломочный характер. Гумидный тип характерен для влажных климатов, когда средняя температура в течение целого года или, по крайней мере, части его выше 0 а сумма атмосферных осадков превышает испарение; это -- зоны тропического (экваториального),субтропического влажного, умеренно влажного и бореального климата. Наличие температур выше 0® разрешает существование воды в жидком виде и тем самым создает возможность течения разнообразных хим. и биохим. Процессов. Типы горных пород, возникающих при гумидном литогенезе, весьма разнообразны. Весьма характерным для него образованием является более или "менее развитая кора выветривания с каолиновым, а иногда (в тропиках и субтропиках) глиноземным горизонтом (латеритный тип коры). Аридный тип литогенеза возникает при сочетании среднегодовых температур выше 0® с преобладанием испарения над суммой осадков. Это сочетание приводит к тому, что на водосборных площадях хим. выветривание подавляется механическим, в водоемах же -- как озерных, так и морских --развивается прогрессирующее осолонение. В обл. аридного литогенеза полностью отсутствует сколько-нибудь развитая кора хим. выветривания. Вулканогенно-осад. литогенез развивается на участках вулк. деятельности, наземной и подводной; порождает специфический набор г. п. -- лав, туфов, туфобрекчий, а также хим. и биохим. осадков: Fe и Мn руд, яшм, фтанитов, руд Сu, Рb, Zn и др. Каждый тип литогенеза обладает характерным сочетанием осадочных пород, выражающих специфический ход механической и химической осадочной дифференциации, а также биогенных процессов и вулканизма. С литогенезом как процессом осадочного породообразования связано формирование очень многих самых различных полезных ископаемых, в том числе ископаемых углей, нефти, природных горючих газов, железных и марганцевых руд, бокситов, фосфоритов, россыпей и мн. др.

7. Трансформация климатических типов лиогенеза вследствие развития биосферы

Поскольку растительный покров был не всегда, то и литогенез по климатческим обстановкам был не всегда такой. В условиях нынешнего наличия растительного покрова и выветривание и размывание идёт несколько по-иному. Когда растительного покрова не было, то гумидные условия чем-то были похожи на аридные (интенсивнее идёт выветривание).

Археозойский этап - зарождается жизнь, но фотосинтеза еще не существовало.

Литогенез приобрел новые черты. Возникла основа для появления, наряду с гумидным, литогенеза аридного и ледового типов, произошли изменения в наборе пород. Главное из них - зарождение и развитие карбонатной седиментации. Это были, вероятно, в подавляющем большинстве доломиты. Очевидно, еще не было накоплений органики, так как аридный литогенез только формировался.

Протерозойский этап - Важнейшее событие начала протерозойского этапа - возникновение фотосинтеза и распад биоса на царства - растительное и животное. Это означало появление свободного кислорода и быстрый рост массы биоса. В атмосфере убывает содержание СО2, она стала кислородсодержащей. К концу этапа атмосфера приобретает качественно современный вид: N2, O2 с резко подчиненными массами СО2. Гидросфера также теряла СО2 и обогащалась кислородом. Воды океана приближались по рН к нейтральным, растворенный в них кислород придал этим водам окислительные качества. Появляются и биогенные скопления СаСО3 (строматолитовые слои). В конце протерозоя органическое вещество становится обычным компонентом осадков. Локально возникают и скопления органики, о чем свидетельствуют шунгиты.

Новейший или исторический этап (охватывает время от кембрия доныне - около 570 млн лет.) - Главнейшие изменения в гидросфере, атмосфере и осадочном породообразовании связаны с живым веществом. Уже в начале палеозоя жизнь выходит на сушу, и общая биомасса резко возрастает. Возникают организмы, способные извлекать минеральные компоненты (SiO2, CaCO3 MgCO3, SrSO4, фосфаты и др.) для построения скелета. В огромной степени увеличивается воздействие биоса на всю геохимию океанов и атмосферы. Резко уменьшилось количество СО2 и увеличилось содержание кислорода в атмосфере. Постепенно формируется ее современный состав. В гидросфере также резко убыла концентрация СО2 и возросло содержание кислорода. Это означало резкий рост Ph, вода океанов стала щелочной и все более щелочной. Подщелачивание сопровождалось прогрессирующей убылью массы растворенного карбоната. Вода океанов стала хлоридно-сульфатной. Железо, марганец, медь могли существовать в ней только в виде наиболее окисленных соединений. Рост биомассы планктона и бентоса привел к разрастанию площади восстановительной зоны в осадках. Сейчас только в пелагиали океанов накапливаются резко окисленные красноцветные осадки.

На территории гумидных областей получают развитие коры выветривания и накопления органического вещества углей на суше и горючих сланцев в морских бассейнах. Извлечение MgCO3 из воды стало исключительно биогенным процессом, карбонатонакопление преобразовалось практически в известняковое, причем химическая садка кальцита подавляется биогенным его извлечением. То же самое произошло с кремнеземом - химическое осаждение SiO2 подавлено биогенным. Повышение рН и Eh морской воды создало более благоприятные условия для осаждения фосфора, одновременно уменьшилась миграционная способность Fe, Mn, Al, что, наряду с изменениями состава пород питающих провинций, привело к резкому снижению интенсивности рудного процесса в триаде.

В целом исторический этап, по Н.М. Страхову, можно назвать двухстадийным окисно-закисным углисто-карбонатно-галогенным, протекавшим под непосредственным воздействием живого вещества.

8. Энергетика ГО.

Оcновная часть - солнечная энергия (230 ДЖ/м^2*с) Преобразовывается в тепловую и затрачивается в основном на испарение и теплоотдачу в атмосферу. Также существует гипотеза, согласно которой солнечная энергия аккумулируется в минеральном и органическом веществе при экзогенных процессах и является основной движущей силой тектонических процессов.

Другие источники энергии в ГО. (в скобочках ДЖ/м^2*с). Энергия окисления орг вещества (0,4-0,6), геотермальная (0,1), Антропогенная (0, 032), радиационный распад (0,007), приливное трение (0,0035), тектоническая (0,001)

Географическая оболочка - это комплексная оболочка земного шара, где соприкасаются и взаимно друг в друга проникают и взаимодействуют литосфера, гидросфера, биосфера и атмосфера. Основные первичные виды энергии - лучистая энергия Солнца и внутренняя теплота Земли. Не менее важны и вторичные виды - результат трансформации первичных: химическая (она проявляется преимущественно в виде окислительно-восстановительных процессов) и биогенная энергия (ее источники: фотосинтез у растений, хемосинтез у некоторых бактерий, энергия окисления при усвоении пищи животными, процессы размножения и прироста биомассы). Около 1/3 общего количества солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы, отражается обратно в мировое пространство, 13 % поглощается озонным слоем стратосферы, 7 % поглощается остальной атмосферой, и лишь половина достигает земной поверхности. Но из этой половины 7 % отражается обратно в мировое пространство. Еще 15 %, поглощаясь земной поверхностью, трансформируется в тепло, которое излучается в тропосферу, что в значительной мере и определяет температуру воздуха. Солнечная радиация - основной двигатель всех природных процессов. Не будь ее, перестали бы течь реки, дуть ветры, зеленеть поля. Влияние солнечной радиации на развитие литосферы также очень велико. Осадочные породы несут следы деятельности организмов - аккумуляторов солнечной энергии. Но и кристаллические породы, оказавшиеся в результате действия внутренних сил Земли на ее поверхности, включаются в круговорот веществ прежде всего под влиянием солнечной радиации. Географическая оболочка отличается способностью аккумулировать лучистую энергию Солнца, переводя ее в иные формы. Для нее характерно наличие "геологической памяти" - слоев осадочных пород, обладающих огромным энергетическим потенциалом, что создает предпосылки для дальнейшей прогрессивной эволюции всех частных оболочек.

9. Значение знания закономерностей эволюции биосферы для геологии географии и для познания формирования её современного состава. В плане оценки геологического значения познания эволюции биосферы следует подчеркнуть следующее. Для геологической науки и практики очень большое значение имеют палеогеографические реконструкции. Палеогеографические исследования и реконструкции, как и данные палеонтологии, выступают при этом как бы фактической основой (эмпирическими данными). Биосферные же разработки направлены на экологическое осмысливание, а иногда и объяснение причин возникновения реконструированных обстановок, событий с позиций закономерностей существования современной биосферы. В географическом аспекте палеогеографические реконструкции прежде всего важны как средство познания истории становления современных ландшафтов и как основа, позволяющая делать прогнозы относительно их будущего и в какой-то мере давать рекомендации по рациональному использованию естественных ресурсов. Познание закономерностей и причин изменения физико-географических условий в прошлом может дать возможность научного предвидения будущего и, что особенно важно, может позволить оценить вероятные последствия воздействия на окружающую природу человеческой деятельности. Сейчас вполне очевидно, что путь в будущее должен освещаться знанием прошлого, а оно может быть получено только с помощью палеогеографических исследований. Современное состояние биосферы уже очень сильно нарушено антропогенным воздействием, которое весьма разнообразно. Чтобы оценить влияние природных и антропогенных составляющих различных изменений в современной биосфере, необходимо выявить направленность ее естественных изменений.

10. Значение знания закономерностей эволюции биосферы для прогноза сценариев ее будущего, уроки Каспийского и Аральского морей. Прогноз будущего состояния биосферы, отдельных составляющих ее ландшафтов, немыслим без знания тенденций происходящих природных, естественных изменений, вычленения естественной и антропогенной составляющих наблюдаемых в настоящее время изменений. Эта проблема специально подробно рассматривалась Ю. П. Селиверстовым. Приведу из его работы с некоторыми добавлениями два примера. В ней указывается, что с середины XX в. усиленно пропагандируются представления о решающей роли разнообразной человеческой деятельности в различных изменениях окружающей среды. Но такие представления, по мнению Ю. П. Селиверстова, не отвечают действительности, искажают причинно-следственные соотношения, дезинформируют, приводя к ошибочным управленческим решениям и прогнозным рекомендациям. Например, судьба Каспия. В течение полувекового периода уровень его систематически понижался. Соответственно, менялись очертания берегов, положение мелководий, шло осушение и засоление осушек и т. п. Многие были единодушны во мнении, что во всех этих изменениях виновен человек с его нерациональной хозяйственной деятельностью: строительством водохранилищ, ирригацией и мелиорацией с перераспределением водного стока, освоением целинных земель и т. п. Началась борьба за сохранение Каспия. Но вдруг с 1977 г. уровень Каспия стал подниматься. Несколько лет назад он с -29 м превысил отметку -27 м, поднимаясь примерно со скоростью в два раза большей, чем ранее понижался. К 1995 г. повышение достигло 2,5 м, потом к началу 1997 г. уровень упал на 0,4 м. В 1997-1998 гг. он оставался практически неизменным. При этом человек ничего положительного не сделал ни в рационализации хозяйственной деятельности, ни в чем другом, могущем вызвать такие изменения. Вновь пошли разговоры об экологической катастрофе. Но ведь здесь проявился просто ритмичный природный процесс. Конечно, ежегодные 10-15-сантиметровые повышения уровня Каспия вызывают большие проблемы, но в них человек не повинен. Ю. П. Селиверстов подчеркивал, что естественные процессы и явления надо понимать и учитывать в своей деятельности, и том числе и в разумном хозяйствовании, а не использовать для получения выгодных дивидентов. Он писал: "В этом плане характерно отношение к Аральской проблеме, где повторяются все ошибки "каспийского варианта". Также винят тружеников в плохом освоении земельных и водных ресурсов, создаются и пересоздаются научные коллективы, которые исследуют проблему и ведут "борьбу" против гибели Арала (главным образом растратой ассигнованных государствами огромных денежных средств); некоторые предлагают весьма кардинальные решении помочь Каспию и спасти Арал путем переброски вод Северного Каспия в Аральское море".

11 Методология и пути выявления эволюции ГО. Роль неполноты геологической летописи. Выяснение эволюции биосферы это проблема чисто геологическая так как единственными документами, позволяющими судить о прошлом состоянии и эволюции биосферы, являются доступные для изучения горные породы и заключенные в них остатки или следы жизнедеятельности организмов. Таким образом, могут изучаться лишь сохранившиеся в геологических объектах следы ранее существовавшей биосферы. Могут быть указаны следующие стороны специфики этого раздела учения о биосфере: Первая сторона специфики выяснения эволюции биосферы - отрывочность сведений о древних биосферах из-за неполноты геологической летописи, которая обусловлена рядом факторов: 1) тем, что в любой момент или этап (притом какой угодно продолжительности) геологической истории седиментация происходит не повсеместно; 2) вторичным уничтожением толщ пород; 3) чередованием осадконакопления с перерывами его и размывами; 4) неполнотой захоронения остатков организмов и следов их жизнедеятельности; 5) недоступностью для изучения на настоящий момент некоторых геологических объектов. Остановимся на указанной проблеме несколько подробнее. Геологическая летопись запечатлена лишь в горных породах и заключенных в них органических остатках. Однако в любой момент геологической истории осадконакопление и породообразование осуществляются лишь в отдельных участках земной поверхности, в других же обычно, наоборот, происходит разрушение ранее образовавшихся горных пород и осадков. Уже это обусловливает неполноту геологической летописи. Вторая сторона специфики выяснения эволюции биосферы, познания ее закономерностей - возможность изучения не составляющих самой древней биосферы или процессов, в ней происходивших, а лишь следствий существования их. Так, могут изучаться лишь танатоценозы, а не биогеоценозы. Специфика здесь существенна. Ведь под танатоценозом, в узком смысле термина, принято понимать скопление мертвых тел организмов на каком-то участке до их захоронения под осадком (в отличие от совокупности живых организмов - биоценоза). Соответственно при выяснении эволюции биосферы экологические исследования заменяются палеоэкологическими, а географические - палеогеографическими, причем и те, и другие основывают свои заключения, реконструкции лишь на следах функционирования былых биогеоценозов (биокосных систем).

12. Роль растительного покрова в глобальной миграции минеральных веществ.

Растительность защищает почву, а тем самым и поверхность суши от выдувания и уменьшает поступление твердых веществ в атмосферу. Однако оказывается, что растения не только сдерживают миграцию частиц в атмосферу, но одновременно и сами постоянно выбрасывают в нее массу мельчайших твердых частиц. Потому они активно способствуют миграции минеральных веществ через атмосферу. Растительный покров Земли как бы перекачивает через себя огромное количество воды. Причина такой перекачки состоит в том, что для производства растениями органического вещества из диоксида углерода и воды необходимо большое количество. (6СО2 + 6Н20 =С6Н1206 + 602) Обратимся к вопросу миграции минеральных веществ. Кроме того, пары воды, выделяемые растениями при транспирации, содержат частицы солей. Исследования показали, что вода, испаряемая многими культурными и дикими растениями, например пшеницей, картофелем, кукурузой, сахарной свеклой, клевером, лебедой, полынью и др., содержит ионы хлора, сульфата аммония, калия, натрия, кальция, магния и др.

Заслуживает внимания то, что выделяемые растительным покровом в атмосферу фитогенные аэрозоли часто служат ядрами конденсации влаги. Поэтому получается, что растительность нередко стимулирует выпадение атмосферных осадков, поскольку обычно над значительными массивами сплошного растительного покрова отмечается дефицит таких ядер из-за резко пониженной естественной запыленности воздуха. Изучение химического состава транспирируемой растениями влаги показало, что в атмосферу выделяются не только такие широко распространенные подвижные мигранты, как хлор, натрий, калий, но и тяжелые металлы -цинк, свинец и ртуть. Оказалось, что величина выноса тяжелых металлов хорошо коррелируется с содержанием их в почве и растениях. Поэтому можно рассматривать выделение некоторых токсичных элементов при испарении растениями как форму избавления от них, как способ регулирования содержания микроэлементов в организме.

13. Значение спор и пыльцы растений в миграции веществ на Земле. Споры и пыльца имеют очень незначительные размеры -1-200 мкм, чаще в пределах 25-30 мкм. Поэтому и из-за малой плотности они могут переноситься воздушными потоками на значительные расстояния. Например, пыльца сосны, кедра, ели может переноситься на расстояния около 1500 км. Однако количество их, продуцируемое различными видами, чрезвычайно велико. Одно дерево березы, ели, дуба производит более 100 млн пылинок в год, а сосны - более 350 млн. Поэтому оказывается, что общий вес пыльцы, образующийся на площади 1 км², составляет от 1 до 30 т/год. Подсчеты показывают, что весь растительный покров Земли за год производит около 1,6 млрд т пыльцы .. Приведенные цифры говорят в пользу существующих представлений о том, что споры и пыльца вносили значительный вклад в захоронявшееся органическое вещество, из которого образовались нефть и газ. Приняв, что зольность пыльцы отвечает средней зольности растений, т. е. составляет 10%, можно прийти к выводу, что при рассеивании пыльцы и спор ежегодно вовлекаются в воздушную миграцию около 160 млн т минеральных веществ. Надо иметь в виду, что пыльца из того или иного участка земной поверхности может не только выноситься, но и приноситься на его территорию из других мест, как и фитогенные аэрозоли. Необходимо четко себе представлять, что совместно с фитогенными аэрозолями в воздушных потоках непременно принимают участие и частицы другого происхождения. Например, пыль, вулканический пепел, частицы морских солей, даже частицы космического происхождения и, конечно, различные микроорганизмы.

14. Влияние сообществ морских организмов на процессы в географичсекой оболочке

Зоопланктон отфильтровывает около 100 кубических км в сутки. Весь объём воды, которая вносится реками в Океан, отфильтровывается зоопланктоном, т.к. цифры совпадают (предыдущий показатель за год и годовой вынос воды). В верхнем миллиметровом слое Океана простейшие организмы перемешивают воду жгутиками - увеличение испарения. Влияние биогенных рифов. С рифовыми постройками связаны месторождения нефти и газа. Скорость образования построек 0,1-1 мм в год. Нарастание происходит как бы слоями со дна к поверхности. Далее доломиты, гипсы. Вызвано тем, что испарение превышает количество осадков - арридный климат.

15. Различные представления о времени возникновения географической оболочки.

Архей (археозой) - время древней жизни: от начала существования Земли до 2 млрд 550 млн лет. Протерозой - первичная жизнь: от 2,5 млрд лет до 540-570 млн лет. Для развития материи вообще и природных систем характерен стадиальный переход. ГО развивалась стадиально и направленно. Некоторые исследователи полагают, что ГО выросла тогда, когда Земля выросла до достаточных для гравитационного притяжения атмосферы размеров. Академик Калесник: "при оценке времени возникновения ГО необходимо основываться на том, что: 1)фундаментом ГО была и есть физическая поверхность Земли; 2)важнейшей структурной особенностью была и есть территориальная дифференциация физической поверхности Земли". Исходя из своеобразия формирования земной поверхности, может быть только 2 варианта: а)если принять быстрое увеличение размеров и массы Земли в первые пол млрд лет, то земная поверхность была временной, т.к. непрерывно погребалась; лишь прекращение процесса засыпания метеоритным материалом сделало земную поверхность фиксированной; б)ГО возникла в этап начала роста Земли, т.к. именно в этом случае включается в полный спектр возможных стадий развития Земли; средняя скорость увеличения радиуса Земли, а значит и засыпания метеоритным веществом - 13 мм в год. Изменения отражают качественные изменения на Земле. Солнечная система располагается в периферической части нашей галактики (Млечного пути). 216-217 млн лет - галактический год - время обращения Солнечной системы. Некоторые процессы цикличны и зависят возможно от галактического года и участка, где на тот момент находилась Солнечная система.

В своём развитии географическая оболочка прошла три основных этапа:

1) неорганический -- до появления жизни на Земле, в этот этап сформировались литосфера, первичный Океан и первичная атмосфера;

2) органический -- формирование и развитие биосферы, преобразовавшей все существующие сферы Земли;

3) антропогенный -- современный этап развития географической оболочки, когда с появлением человеческого общества началось активное преобразование географической оболочки и возникновение новой сферы -- ноосферы -- сферы разума.

16 Образование Земли.

20 млрд лет назад произошел взрыв сверхновой звезды - образовалась солнечная туманность. 4.6 млрд лет назад - обособление солн. Туманности засчет взрыва сверхновой звезды. Состав туманности: H, He, O, Si, Fe, Ca, , N, Al, S и прочее. Возникшая ударная волна воздействует на газо-пылевое облако, которое сплющивается (коллапс). В центре ГПО формируется сгусток, внутри каждого ГПО происходит Аккреция (дифференцация) вещества. Аккреция подразумевала дифференцацию вещества в двух видах. Гомогенная и гетерогенная. Окончательное формирование происходило засчет планетозимали (вещества, состоящего из кремнистой пыли, аммиака и воды). Затем происходило образование геосферы и оболочек других планет. Из остатков ГПО на земле образовалась атмосфера (NH3, CH4).

Большинство ученых считает, что Солнце и планеты образовались около 4,6 миллиардов лег начал из огромного облака крошечных твердых частиц и газон, называющегося туманностью. Твердые частицы и часть газа остались от прежних уже погасших звезд. Повинуясь собственной внутренней силе притяжения, туманность начала, вращаясь, сжиматься. Частицы вещества, сталкиваясь на невероятной скорости в центре туманности, выделяли столько теплоты, что родилась сверкающая звезда Солнце. Остальная часть гуманности образовала вокруг Солнца кольцо, столкновении частиц внутри которою привели к формированию планет. Некоторое время планеты были раскалены, но все же они никогда не сияли так ярко, как Солнце.

Практически все планеты подвергались столкновениям с малыми телами, поэтому их поверхности покрыты кратерами, похожими на тс, что мы имеем возможность наблюдать сейчас на Луне. Однако на Земле ветер и дождь постепенно вымыли большинство кратеров. Вероятно, первоначально в атмосфере Земли содержалось значительное количество двуокиси углерода -газа, состоящего из кислорода и углерода. Появившиеся на земле растения начали потреблять двуокись углерода, выделяя необходимый для появления животного мира кислород.

17. Механизм зонной плавки и роль его в дифференциации вещества Земли на ядро, мантию и базальтовый слой. На следующей стадии эволюции Земли - астрономической - дифференциация ее недр продолжалась, но под определяющим влиянием других причин и с другими последствиями для планеты. Особенно контрастными и динамичными были изменения географической оболочки. Основным источником энергии для дифференциации вещества Земли в эту стадию, очевидно, становится радиогенное тепло долгоживущих изотопов. Вследствие продолжения выделения тепла при гравитационном сжатии и особенно при радиоактивном распаде долгоживущих изотопов недра Земли продолжали постепенно разогреваться. Однако из-за постоянной потери тепла через поверхность и недостаточности радиогенного тепла полного расплавления Земли не произошло. Плавление происходило лишь в некоторых зонах внутри Земли, причем оно вначале могло проходить особенно легко, так как тогда было значительно больше радиоактивного вещества и распределялось оно более равномерно, чем позже.

В результате такого разогревания вещество постепенно дифференцировалось, и создавались оболочки Земли различного состава. По системе мельчайших трещин и пор пары, газы и расплавы летучих компонентов исходной породы постепенно диффундировали или выдавливались в более высокие горизонты тела Земли. Вместе с тем выносилось и тепло, которое, накапливаясь на этом, более высоком уровне, разогревало окружающие породы до тех пор, пока и здесь не начиналось испарение и плавление легкоплавких веществ. Тогда эти вещества перемещались еще выше, где со временем возникала новая зона расплава, и так далее, пока газы, пары и расплавы не прорывались на поверхность Земли. Примерно так схематически выглядит механизм зонной плавки, важнейшую роль которого предложил и обосновал теоретически и экспериментально советский академик А. П. Виноградов. Конечно, на поверхность Земли первыми должны были прорваться пары и газы, за счет которых постепенно сформировалась атмосфера, а затем гидросфера. Но вместе с тем на поверхность земного шара прорывались и лавы, особенно по разломам, возникшим вследствие ротационного эффекта. Так началось образование литосферы.

Возможность действия его была доказана экспериментально. После разогрева радиогенным теплом вещества в какой-то зоне до расплавления начиналось ее перемещение вверх, которое происходило вследствие следующих причин. Как только возникал расплав, в нем начинались процессы перемешивания материала. Поскольку с глубиной из-за увеличения давления возрастает температура плавления, то при попадании вещества из нижних участков расплава в верхнюю часть расплавленной зоны оно становилось перегретым. Поэтому оно в какой-то мере разогревало и плавило вещество, находившееся над расплавленной зоной. Напротив, вещество из верхних участков расплава, достигнув нижней границы зоны, оказывалось там переохлажденным и кристаллизовалось, выделяя теплоту кристаллизации. Такой процесс, в случае достаточной толщины первоначально расплавленной зоны, мог даже достигать поверхности Земли. Таким образом, движущей силой перемещения вверх расплавленной зоны является постоянно идущий процесс кристаллизации на ее нижней границе. При этом выделяется тепла больше, чем нужно для плавления материала у верхней границы зоны, так как там из-за меньшего давления температура плавления уже ниже. Поскольку часть тепла при таком процессе рассеивается, расплавленная зона, если она не была достаточно мощной, часто сама могла и не достигать поверхности Земли, хотя обычно и приводила к возникновению вулканических процессов.

Элементы, повышающие температуру плавления, такие, как магний, железо, никель, кобальт, хром и т. п., оставались в тугоплавкой фазе, которая в той или иной мере смещалась вниз и выкристаллизовывалась. Некоторые наиболее тугоплавкие соединения иногда вообще не расплавлялись. Поскольку такие процессы, вероятно, неоднократно повторялись, то в результате происходил не только периодический вынос большого количества тепла из недр Земли, но и разделение вещества планеты на несколько различных по составу слоев: ядро, мантию и базальтовый слой. По мере такого разделения вещества Земли, вследствие постепенной концентрации радиоактивных элементов в периферийной зоне планеты и уменьшения их количества, описанные процессы должны были затухать. Можно предполагать, что они имели определяющее значение в развитии географической оболочки Земли лишь на астрономической стадии существования планеты. На геологической стадии, т. е. по крайней мере примерно с рубежа около 3,5 млрд лет назад, ведущими в развитии этой оболочки нашей планеты, вероятно, стали процессы экзогенные. В начальные моменты интенсивного развития зонной плавки вещества Земли процессы выплавления и дегазации, очевидно, охватывали всю ее поверхность, которая была относительно ровной, очень однообразной, абсолютно голой и слагалась лишь материалом излившихся базальтов и первичным еще не дифференцированным веществом планеты.

18. Изменение географической оболочки в добиогенный этап развития Земли. Добиогенный этап развития Г.О. Архейская и протерозойская эры 3700-570 млн лет назад. Длительность-3 млрд лет. Живые организмы принимали слабое участие в формировании географической оболочки.

Однообразие и монотонность ландшафтов того далекого времени нарушались лишь бесчисленным количеством действующих вулканов да беспрепятственно достигавшими земной поверхности солнечными лучами. Только солнце вносило какое-то разнообразие в однородные темно-серые цвета поверхности, создавая при косом падении лучей (в утренние и вечерние часы) чередование ярко освещенных участков и пятен глубокой черной тени. Вулканы же, даже во мраке ночи, не оживляли ландшафта, так как их раскаленные выбросы были незаметны, ведь тогда не было еще свободного кислорода, а следовательно, и процессов горения и окисления. Проходили тысячелетия и миллионы лет. И по мере того как шло время, постепенно менялся облик планеты: формировались гидросфера и атмосфера. В результате процессов зонного плавления на поверхность Земли, помимо базальтового вещества, постоянно выносились вода и разнообразные газы. В наибольшем количестве поступала на поверхность вода, содержание которой, вероятно, достигало 7% по массе от всего выносившегося на поверхность Земли базальтового материала. За счет этой воды и начала формироваться гидросфера, масса которой постепенно росла, а соответственно увеличивалась и площадь ее поверхности. Появившиеся вначале небольшие изолированные озера, возможно, с геологической точки зрения, достаточно быстро разрослись, соединились между собой и образовали громадные водные пространства с чрезвычайно изрезанной береговой линией. И быстрый рост водоемов, и изрезанность их берегов определялись существовавшим в то время очень ровным рельефом поверхности Земли. Поэтому даже незначительные колебания уровня воды в водоемах приводили к резким изменениям их очертаний и величины. Сами водоемы, несмотря на большие размеры, имели относительно незначительную глубину. С увеличением площадей, покрытых водой, все меньше оставалось наземных вулканов и все больше происходило подводных извержений или появлений вулканических построек в виде очень пологих островов, поднимающихся над зеркалом вод. Помимо воды, выделявшейся в виде паров и в жидком состоянии, из недр Земли одновременно поступали разнообразные газы и дымы. Одни из них растворялись сразу в водах гидросферы и тем самым участвовали в формировании ее солевого состава; другие, которые практически не растворялись в воде или растворялись в ней не полностью, образовывали атмосферу. Шли одновременно и процессы гидролиза. Хорошая растворимость образующихся солей приводила к тому, что древний океан с самого начала возник как соленый бассейн, а не пресноводный. Одновременно с образованием гидросферы происходило формирование атмосферы. Основными ее компонентами были водяные пары, метан, оксид углерода, углекислый газ, аммиак, азот. Состав атмосферы примерно отвечал составу современных вулканических газов, за исключением тех веществ, которые были способны эффективно переходить в гидросферу и взаимодействовать с литосферой. Естественно, параллельно с увеличением объема гидросферы происходило возрастание содержания газов в атмосфере.

19. Специфика условий осадконакопления на начальных этапах добиогенного развития Земли. Можно предполагать, что одновременно с возникновением рельефа на поверхности Земли, развитием гидросферы и атмосферы началось и формирование геологических осадков и осадочных пород. Ведь шло физическое и химическое разрушение материала, находящегося на поверхности. Действовала и сила тяжести, а потому при наличии рельефа и подвижности водной и воздушной среды продукты разрушения первичного материала Земли и излившегося на ее поверхность магматического материала должны были переотлагаться и приводить к образованию осадков и осадочных пород. Надо иметь в виду, что увеличение массы атмосферы должно было иметь важное значение для эволюции климата и особенностей осадконакопления на Земле. Ведь чем больше масса, тем больше ее возможности как теплоносителя, способного переносить тепло из нагретых областей к охлажденным. Поэтому одновременно с увеличением массы атмосферы возрастает и способность ее выравнивать горизонтальные разности температур. Так, если бы современная атмосфера поглощала бы все получаемое солнечное тепло, в течение суток она нагревалась бы примерно на 1,7 ®С. А если бы ее масса была в 100 раз меньше, она нагревалась бы в течение суток примерно на 170 ®С. Соответственно быстрому нагреванию сопутствовало бы и столь же быстрое охлаждение. Естественно, высокая контрастность температур должна была приводить к усилению физического разрушения пород. Согласно теории, разработанной Г. С. Голициным для циркуляции планетных атмосфер, при не очень малой массе атмосферы (т. е. не менее 0,001 от современной), средние скорости ветра в нижней части атмосферы и типичные горизонтальные разности температур (включая и разность температур между экватором и полюсами) обратно пропорциональны квадратному корню из массы. Поэтому, например, когда масса атмосферы была в 100 раз меньше современной (т. е. похожей на современную атмосферу Марса), скорости ветра в ней и разности температур между экватором и полюсами должны были быть на порядок больше современных. Соответственно при подобной незначительной массе атмосферы ветры были очень сильные, а на полюсах было чрезвычайно холодно. Конечно, такие подсчеты весьма приблизительны, так как в атмосфере прошлого, как и в современной, должны были существовать гораздо более сложные зависимости с многочисленными обратными связями. Так, вряд ли даже при отсутствии атмосферы могли существовать между экватором и полюсами разности температур около 500 ®С (в 10 раз больше современной). Однако, тенденция к увеличению разности температур и усилению ветров при уменьшении массы атмосферы несомненна. Исходя из отмеченного, можно считать, что в этап существования атмосферы с значительно меньшей массой, чем у современной, мобилизация осадочного материала в областях сноса (т. е. разрушения земной поверхности) и перенос его в зоны осадконакопления могли происходить достаточно интенсивно. Основными ограничивающими факторами экзогенного породообразования в то далекое время, очевидно, были слабая расчлененность рельефа и незначительное количество атмосферных осадков. Кроме того, осадочные образования часто могли перекрываться покровами изливавшихся базальтов. Кстати, из-за осадочных процессов и излияний базальтов уничтожались или погребались ударные кратеры. С какого-то момента, когда содержание паров воды и газов в атмосфере достигло существенного уровня, гидросфера разлилась по значительной части поверхности Земли и достаточное распространение получили осадочные образования, очевидно, стали существовать условия, благоприятствовавшие возникновению жизни. Проблема происхождения жизни на Земле еще не может считаться решенной. (+ предыдущий вопрос)

20. Возникновение на Земле органических соединений. Как показали эксперименты, проведенные многими исследователями, при особых воздействиях (ионизирующие излучения, действия электрических разрядов, ультрафиолетовое облучение) на смеси газов и паров воды, сходные с возможным первичным составом атмосферы Земли, могут возникать разнообразные органические соединения, т. е. практически все вещества, которые входят в состав биологических макромолекул. В те очень далекие времена атмосфера Земли была проницаема для космического излучения в несравненно большей степени, чем сейчас, поскольку основные компоненты современной атмосферы - азот и кислород - не играли заметной роли, отсутствовал озоновый экран, меньше было паров воды. Можно предполагать, что в таких условиях в древней атмосфере, благодаря пронизывающей ее насквозь космической и ультрафиолетовой радиации Солнца, должны были постоянно образовываться органические молекулы. Но эти соединения под влиянием коротковолнового излучения должны были подвергаться и постоянному разрушению. Потому предполагают, что образовавшиеся соединения сохранялись лишь в том случае, если они после возникновения попадали в водоемы, в которых верхний слой воды был достаточен, чтобы задержать губительную коротковолновую радиацию. Таким образом, органические соединения постепенно могли накапливаться в первичной гидросфере. Именно органические вещества, накопившиеся в гидросфере, должны были служить не только материалом для создания первых организмов, но и необходимой питательной средой для них. Правда, концентрация органического вещества в воде могла быть только очень незначительной.

21. Возникновение на земле живых организмов. Предполагается, что органические соединения, рассеянные в воде, в результате бесчисленных взаимодействий друг с другом, периодических образований и разрушений более сложных соединений привели в конце концов к возникновению специфических скоплений органического вещества, которые могли не только длительно существовать, но и расти, а затем, постоянно обмениваясь веществом с окружающей средой, делиться на части себе подобные и также способные к обмену, росту и дальнейшему делению. Момент, когда какая-то совокупность сложных органических молекул и связанной с ними воды приобрела способность расти за счет поглощения и усвоения органического вещества из окружающего пространства и "размножаться" путем деления, был революционным скачком, в результате которого "капля" сложного органического вещества превратилась в живое существо. Дальше все, вероятно, было относительно проще, так как не требовалось уже радикального, качественного изменения состояния вещества, а шло лишь совершенствование "живой" материи. Совершению этой революции способствовало, по-видимому, не только чрезвычайно длительное время, в течение которого могли происходить процессы усложнения и выбраковывания органических соединений, но и каталитическое и концентрирующее действие некоторых минеральных образований. Так, по мнению Дж. Бернала, Э. Дегенса и ряда других исследователей, большая часть органических молекул по мере попадания в океан превращалась в вещества типа гуминовых кислот. Эти соединения связывались в воде с глинистыми минералами, которые образовывались при процессах выветривания на суше или уже в самом водоеме. Таким образом, возникали органо-минеральные комплексы. При диагенезе, сопровождавшемся естественным уплотнением осадка и уменьшением содержащейся в нем воды примерно в три раза (на расстоянии от поверхности осадка до глубины всего около 4 м), могли идти хроматографическое разделение некоторых биохимических веществ и концентрация органических молекул. Помимо этого, большое значение могло иметь действие глинистых минералов как катализаторов, способствующих преобразованию органических соединений. Таким образом, есть основания полагать, что основное превращение простых органических молекул в макромолекулы происходило в донных осадках, а не в воде водоемов. Конечно, это лишь одна из наиболее возможных, по нашему мнению, схем пути возникновения жизни на Земле.

22. Возникновение биосферы. Каким бы путем не возникла на Земле жизнь, можно предполагать, что даже появление в древней гидросфере одного жизнеспособного организма могло привести практически к мгновенному в масштабе геологического времени распространению жизни на громадные пространства планеты. Ведь у живых организмов не было никаких соперников, они были одни на планете, а пищи в виде разнообразных органических и неорганических веществ - целый океан. Так что первые организмы находились в наивыгоднейших для них условиях. В этой связи можно полагать, что появление жизни на Земле и возникновение биосферы, с геологической точки зрения, явления синхронные. Принято считать, что древняя атмосфера во время возникновения жизни практически не содержала свободного кислорода и в ней господствовали восстановительные условия. Вероятно, кислород в небольших количествах постоянно появлялся в атмосфере вследствие частичной диссоциации молекул воды и углекислого газа под воздействием ультрафиолетовых лучей Солнца. Однако подавляющая часть его сразу же расходовалась на окисление восстановленных соединений атмосферы, гидросферы и поверхности литосферы. Поэтому первые организмы, очевидно, получали необходимую для своей жизнедеятельности энергию не за счет окисления, а за счет процессов брожения, на основе использования органических веществ "первичного бульона". Первые организмы поэтому были, по крайней мере преимущественно, не только анаэробами, но и гетеротрофами, и полностью зависели от запаса органических веществ в среде их обитания. Но эти запасы не были беспредельными. Поедание себе подобных также лишь на время могло отсрочить наступление всеобщего голода. Итак, вначале ничем не сдерживаемое бурное развитие жизни должно было относительно быстро привести к голоду и даже к гибели жизни. И кто знает, может быть такая гибель и имела место, но потом тем же путем, что и в начале, жизнь возникала вновь и вновь. Ведь все указанные события могли длительное время происходить еще за занавесом доступной нам геологической истории. Однако более вероятным представляется, что наряду с гетеротрофами могли относительно скоро, а может быть в геологическом смысле одновременно, получить развитие и хемосинтетики, такие, например, как метанококки, поглощавшие водород и С0₂ и выделявшие метан, для которых свободный кислород был смертелен. Относительно широкое распространение могли иметь бактериальные фотосинтетики (анаэробные фотосинтетики), например, окисляющие сероводород.

23 Возникновение и распространение аэробных автотрофов. В процессе длительной эволюции простейших организмов какой-то из них, используя лучистую энергию Солнца и на основе разложения воды и углекислого газа, осуществил в своем теле синтез органического вещества, сопровождавшийся выделением свободного кислорода. Появился автотрофный организм, родоначальник фотосинтезирующих растений. Это событие ознаменовало величайшую революцию в развитии жизни, биосферы и всей Земли, поскольку именно фотосинтез является двигателем органических процессов, в значительной мере изменивших нашу планету. Главное в этом событии, непременное выделение свободного кислорода при образовании аэробными автотрофами органического вещества. Указанная революция, возможно, сопровождалась практически уничтожением старого органического мира. Вероятно, первые фотосинтезирующие организмы, выделявшие свободный кислород, уже не боялись этого непременного продукта своей жизнедеятельности. Более того, так как фотосинтез и дыхание связаны друг с другом, можно полагать, что для древнейшей флоры кислород в какой-то мере даже был необходим. Для первичных же гетеротрофных организмов и вообще для анаэробов кислород, выделяемый растениями, был ядом. Поэтому революция привела к замене старого, анаэробного, режима новым аэробным, основанным на дыхании в окислительных условиях. Может быть, именно с этого момента и начались по сути геологическая стадия развития Земли и эволюция географической оболочки, под контролем экзогенных, а не эндогенных процессов. Аэробные автотрофные организмы, очевидно, как в свое время и первые гетеротрофные организмы, практически мгновенно, в смысле геологического времени, распространились на все пространство возможного обитания. Ограничивающими факторами были, вероятно, лишь солнечное коротковолновое излучение, которое не только не давало возможности выйти организмам на сушу, но и делало непригодной для обитания самую поверхностную часть гидросферы, и недостаток солнечного света в воде на глубинах, превышающих несколько десятков метров.

24. Роль живого вещества в преобразовании состава атмосферы. Геологическая роль фотосинтезирующих растений и цианобактерий (синезеленых водорослей) уже на самых ранних этапах их развития должна была быть значительной. Основным результатом их жизнедеятельности было постоянное выделение за счет расщепления воды при фотосинтезе громадных масс свободного кислорода. Можно полагать, что на ранних этапах эволюции растения поставляли в биосферу больше свободного кислорода, чем на более поздних. Главное же было не в массе растений, а в том, что в то время органическое вещество, постоянно создаваемое автотрофами, захоронялось, вероятно, в значительно большем количестве, чем позже. Поскольку тогда в атмосфере практически не было свободного кислорода, то, следовательно, органическое вещество, постоянно поступавшее при отмирании организмов на дно водоемов, вряд ли в заметной мере могло окисляться свободным кислородом. Поэтому захоронение органического вещества должно было идти интенсивно на ранних стадиях развития автотрофных организмов. Количество свободного кислорода, поступающего в атмосферу за счет жизнедеятельности живого вещества, определяется в конечном счете лишь массой захороняющейся (выпадающей из биологического круговорота кислорода) органики. Хотя в атмосферу поступало много свободного кислорода, его содержание в ней на первых порах вряд ли могло заметно увеличиться. Кислород прежде всего шел на окисление одних из основных компонентов существовавшей атмосферы: аммиака, метана, оксида углерода. В результате за счет аммиака образовывался свободный азот, а при окислении метана и оксида углерода - углекислый газ. Шло окисление также сероводорода и S0₂, находящихся в водах океана и частично в атмосфере, что приводило к образованию в гидросфере сульфатов и тем самым к изменению состава вод океана. Одновременно кислород окислял газы и некоторые элементы, выделявшиеся при подводном и наземном вулканизме, т. е. аммиак, метан, оксид углерода, а также серу, двухвалентные железо и марганец. Процессы окисления свободным кислородом углерода содержащих веществ (главным образом метана и оксида углерода) приводили к постоянному образованию в атмосфере все новых порций углекислого газа. Однако еще большие количества его непрерывно извлекались из атмосферы фотосинтезирующими организмами, в результате чего углерод входил в состав органических соединений и при захоронении последних выпадал из круговорота. Как следует из суммарной реакции фотосинтеза, кислород выделяется в эквивалентном количестве к связываемому в органические вещества углекислому газу. Поскольку освобождающийся свободный кислород шел на окисление не только углеродсодержащих веществ, но и ряда других, особенно в большом количестве аммиака, то, естественно, содержание углекислого газа в атмосфере должно было постепенно уменьшаться. И этот процесс должен был происходить несравненно с большей скоростью, чем увеличение содержания кислорода в атмосфере.

В катархее (4,6-3,6 млрд лет) - конденсация парогазовой атмосферы.

Ранный архей: Так как свободного атмосферного кислорода еще не было, гипергенные процессы протекали в восстановленных условиях.

Раннепротерозойский-раннепалеозойский период: наличие в атмосфере и гидросфере свободного кислорода (незначительное кол-во), количество которого со временем все возрастает, и особенно резко - в раннем палеозое. Предполагается (А.П. Виноградов, Н.М. Страхов, Ю.П. Казанский и др. исследователи), что атмосфера состояла в основном из СО2, которая резко преобладала.

В конце протерозоя под влиянием растительности количество СО2 в атмосфере быстро убывает. Важнейшее событие начала протерозойского этапа - возникновение фотосинтеза и распад биома на царства - растительное и животное. Это означало появление свободного кислорода и быстрый рост массы биома. В атмосфере убывает содержание СО2, она стала кислородсодержащей. К концу этапа атмосфера приобретает качественно современный вид: N2, O2 с резко подчиненными массами СО2.

Новейший или исторический этап (охватывает время от кембрия доныне - около 570 млн лет.) На первой половине этапа (палеозой): главнейшие изменения в гидросфере, атмосфере и осадочном породообразовании связаны с живым веществом. Резко уменьшилось количество СО2 и увеличилось содержание кислорода в атмосфере. Постепенно формируется ее современный состав.

25. Изменение состава растворенных в гидросфере газов и атмосферы (по результатам изучения газовых включений в кремнистых породах).Существует много мнений о вероятном составе древнейшей атмосферы и ее изменении во времени. Однако они основаны на различных косвенных данных и потому чрезвычайно противоречивы. Был разработан лишь один метод, позволяющий объективно судить об изменении в далеком прошлом Земли состава ее атмосферы. Он основан на изучении газовых фаз мельчайших включений, содержащихся иногда в кремнистых породах. Фактически определяется, правда, не собственно состав древней атмосферы, а лишь состав газов, растворенных в придонных водах древних водоемов, во время образования на их дне соответствующих кремнистых пород. Однако, поскольку состав газов, растворенных в воде гидросферы, тесно связан с составом атмосферы, по этим данным в определенной мере можно судить об изменениях, происходивших в атмосфере. Благодаря специальным исследованиям по имеющимся результатам экспериментальных исследований, для раннего архея (первый этап) было характерно резкое преобладание в воде океана и атмосфере углекислого газа, значительное количество аммиака, а также, вероятно, присутствие сероводорода, метана и паров соляной, фтористой и серной кислот. В небольшом количестве содержался свободный азот. Во вторую половину архея (второй этап) и в раннем протерозое в воде гидросферы и, вероятно, в атмосфере уже присутствовал свободный кислород, значительно увеличилось содержание азота и заметно уменьшилось распространение углекислого газа. Третий этап развития газовой оболочки Земли, начавшийся около 2,2-2 млрд лет назад, качественно отличается от предшествовавших. Для него характерно полное отсутствие аммиака и сопутствовавших ему других восстановленных компонентов, преобладание свободного азота, значительное содержание свободного кислорода. Роль углекислого газа заметно уменьшилась, и он перестал быть преобладающим компонентом. Атмосфера имела уже качественный состав, аналогичный современному. (+ пред. вопрос)

26. Изменения геохимических обстановок. Исчезновение из атмосферы аммиака и других восстановленных компонентов и появление в значительном количестве свободного кислорода существенно изменили ход многих геологических процессов. Прежде всего коренным образом изменилась обстановка выветривания на суше, поскольку вместо исключительно восстановительной она стала окислительной. На суше безраздельно стали господствовать окислительные процессы. В гидросфере возникла резкая контрастность сред. Появление кислородсодержащих вод привело к существованию в гидросфере окислительных обстановок. Одновременно процессы разложения органических веществ на дне водоемов создавали восстановительные условия в осадке и придонных водах. Поэтому в зависимости от сочетания различных факторов - скорости накопления осадков, количества захороняющегося органического вещества, подвижности вод - возникали либо восстановительные, либо окислительные условия осадконакопления. Контрастность окислительно-восстановительных обстановок сопровождалась усилением контрастности кислотно-щелочных условий осадконакопления. Если раньше эти условия определялись присутствием различных кислот и реакциями гидролиза, то теперь главная роль стала принадлежать органическому веществу. Таким образом, на рассматриваемой стадии развития географической оболочки, благодаря деятельности живого вещества, возникла определенная противоположность геохимических обстановок на суше и в гидросфере. На суше стали безраздельно господствовать окислительные условия, а щелочность среды выветривания стала определяться лишь процессами гидролиза выветривавшихся пород, в связи с чем геохимические обстановки характеризовались, вероятно, большим однообразием. В гидросфере окислительно-восстановительные и кислотно-щелочные параметры стали по существу контролироваться органическим веществом, которое способно было местами создавать очень кислые и очень восстановительные среды, не имевшие места в условиях суши. Поэтому геохимическая обстановка осадконакопления в водоемах стала очень разнообразной и близкой к наблюдающейся в настоящее время. Контрастность и различие сред интенсифицировали течение всех поверхностных геологических процессов и привели к формированию более разнообразных осадочных пород.

27. Время и особенности этапа перехода восстановительной атмосферы к окислительной. Примерно к рубежу около 2,2 млрд лет, т. е. ко времени предполагаемого перехода восстановительной атмосферы к окислительной, приурочивается смена широкого распространения богатейших докембрийских урановых месторождений значительным развитием месторождений полосчатых железных руд типа знаменитых железистых толщ Курской магнитной аномалии, Кривого Рога. Поскольку в этих урановых месторождениях значительное распространение имеют минералы, которые в окислительной обстановке не могли сохраниться, то наличие их рассматривают как показатель существования в то время восстановительной атмосферы. Такие месторождения имеют возраст преимущественно 2,6-2,2 млрд лет. Напротив, к более молодым докембрийским отложениям приурочены значительные месторождения окисленных железных руд. Одновременно с ними, т. е. примерно 2,2 млрд лет назад, появились и красноцветные толщи. И те, и другие образования обычно рассматриваются как показатели существования окислительных условий во время их формирования. Существенно, что полосчатые окисленные железные руды образовывались в основном около 2,2-1,7 млрд лет; в более молодых докембрийских отложениях они редки, а в фанерозое совсем отсутствуют. Это показывает, что их формирование каким-то образом связано с определенным этапом развития биосферы. Возможно, отложение соединений железа обязано в основном деятельности железобактерий, для существования которых было необходимо, хотя бы незначительное, присутствие в воде свободного кислорода. Поступление большого количества железа в зону железистого осадконакопления легче всего могло происходить в двухвалентной форме, т. е. в условиях, когда среда еще не была резко окислительной. Все это, возможно, и обусловило то, что основные из рассматриваемых месторождений тяготеют как раз к переходному этапу между резко восстановительной и резко окислительной атмосферой и к самому началу существования резко выраженной кислородной атмосферы.

Постепенно увеличивающиеся масштабы фотосинтетической активности цианобактерий привели к появлению и накоплению свободного кислорода в окружающей среде. Переход восстановительной атмосферы в окислительную наметился в начале протерозоя, о чем свидетельствуют изменения химического состава земных пород. Железо стало осаждаться в полностью окисленной, трехвалентной форме. Так возникли, например, железистые кварциты-джеспилиты Криворожского бассейна, Курской магнитной аномалии, озеро Верхнее в США и др. Продуктами выветривания на суше становятся красноцветы, содержащие бурое окисное железо. Исчезают пириты, вместо них в океане начинают появляться сульфаты, и морская вода из хлоридной становится хлоридно-карбонатно-сульфатной.

28. Роль живого вещества в образовании осадочных пород. Живое вещество докембрия не только изменило состав атмосферы и преобразовало геохимическую обстановку всех стадий образования осадочного материала и осадочных пород, но и непосредственно участвовало в формировании некоторых широко распространенных горных пород. В докембрии основными породообразующими организмами были водоросли и бактерии. В процессе своей жизнедеятельности они отлагали карбонатное вещество из вод гидросферы, вследствие чего образовывались толщи разнообразных строматолитовых известняков и доломитов, чрезвычайно характерных для докембрийских пород, или пласты онколитовых известняков. Строматолиты представляют собой рифоподобные постройки колониальных водорослей (вероятно, наряду с водорослями в их создании принимали участие и бактерии), которые достигали десятков метров в высоту и сотен и даже тысяч метров в ширину. Пласты строматолитов иногда прослеживаются в докембрийских породах на десятки и даже сотни километров. Обычно для них характерно очень тонкое, как бы неправильно-слоистое строение, отражающее постепенное нарастание пленок извести, выделяемой водорослями. В настоящее время до-кембрийские строматолитовые породы обычно представлены мраморами, часто очень красивыми благодаря своему строению и чередованию разных окрасок. Самые древние из известных строматолитов имеют возраст несколько более 3,5 млрд лет. Встречаются они и в фанерозойских отложениях разного возраста и даже образуются в настоящее время, например, в заливах Северной Австралии, соленых озерах Америки. Однако широко распространены они лишь в протерозойских толщах. Широкое распространение в докембрийских и особенно в протерозойских толщах карбонатных пород, возникших благодаря жизнедеятельности донных водорослей, свидетельствует о том, что в то время уже существовал разнообразный мир не только планктонных организмов, но и донных. И, конечно, значительная часть свободного кислорода, выделенного растениями докембрия, была продуцирована донной растительностью. Одновременно и большое количество углекислого газа было извлечено из окружающей среды при образовании ею карбонатного осадочного материала.

29. Следы многоклеточных животных.

В докембрийских породах иногда встречаются следы существования даже многоклеточных животных. Наиболее древние находки - это так называемые чарнии из Англии и сабеллидиты из Сибири, встреченные в породах возрастом несколько древнее 700 млн лет. Чарнии были, вероятно, древними представителями колониальных кишечнополостных животных, отпечатки которых напоминают по форме крупные листья или побеги растений (до 10-30 см). Сабеллидиты - червеподобные организмы, большинство которых, возможно, были древними погонофорами. В Австралии в породах, возраст которых около 1 млрд лет, и на Урале в породах возрастом 1,2-0,8 млрд лет обнаружены следы каких-то роющих организмов. Вызывают большой интерес своеобразные вытянутые известняковые тельца диаметром несколько миллиметров, иногда слагающие прослои и пласты известняков. Полагают, что эти образования представляют собой массовые скопления экскрементов , т. е. частички грунта, прошедшие через кишечник червей, обитавших на дне древних водоемов. Наиболее древние копролитовые породы встречены в осадочных толщах возрастом 1-1,2 млрд лет. Значительно более многочисленные, разнообразные и надежные находки следов древнейших многоклеточных животных известны в докембрийских породах более молодого возраста (около 0,7 млрд лет). Впервые они были изучены в песчаниках в Южной Австралии. Общее число находок в этом районе составляет около 1,5 тыс. экземпляров, причем определено более 25 видов различных животных. Большинство из них были кишечнополостными, в основном медузоподобными организмами, достигающими иногда в поперечнике даже 40 см, чаще же размером несколько сантиметров. Широко распространены также остатки колониальных кишечнополостных, в частности чарнии. Обнаружены образования, напоминающие членистоногих животных или плоских червей. То что остатки многоклеточных животных встречаются очень редко, вероятно, объясняется тем, что они тогда не имели твердых скелетных образований. + Саблино -трилобиты (палеозой), раковины брахиопод - obolus (кембрий), наутилоидеи (с кембрия)

30. Эволюция живого вещества и климат.

функции живого вещества в биосфере. В. И. Вернадский выделяет пять таких функций:
-- первая функция -- газовая -- основные газы атмосферы Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы -- продукт разложения отмершей органики;
-- вторая функция -- концентрационная -- организмы накапливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди металлов -- первый кальций, концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, йода -- водоросли (ламинария), фосфора -- скелеты позвоночных животных;
-- третья функция -- окислительно-восстановительная -- организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью;
-- четвертая функция -- биохимическая -- размножение, рости перемещение в пространстве ("расползание") живого вещества;
-- пятая функция -- биогеохимическая деятельность человека -- охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и бытовых нужд человека.

Возникновение и эволюция биосферы в докембрийский этап непосредственно связаны с древним климатом. Может показаться, что имеется лишь одна связь - воздействие климата на органический мир. Однако это не так. Существует и обратная связь - воздействие живого вещества на климат, которая осуществляется через изменения состава атмосферы в результате жизнедеятельности организмов. Полагают, что очень большое воздействие на среднегодовую температуру воздуха на Земле оказывает содержание в атмосфере углекислого газа. Наличие углекислого газа обусловливает так называемый парниковый (или оранжерейный) эффект воздушной оболочки Земли. Однако по мере изменения состава и массы атмосферы среднегодовая температура поверхности Земли, особенно градиенты ее, несомненно, должна была существенно меняться. Нередко предполагают, что в архее она значительно превышала современную. Возможно, более высокая температура была и в течение части раннего протерозоя. Но, по представлениям многих геологов, в отложениях раннего протерозоя, а по мнению некоторых, даже более молодых - около 2,8 млрд лет, присутствуют толщи пород, образовавшиеся в результате существования в соответствующее время древних оледенений. Если это так, тогда уже по крайней мере к протерозою среднегодовая температура поверхности Земли должна была стать близкой к современной. Такое заключение хорошо согласуется с отчетливым изменением состава газовой оболочки в раннем протерозое, в частности с уменьшением в то время содержания С0₂ - приблизительно с 44 до 31% и увеличением кислорода в 2 раза.Великие оледенения, аналогичные широко известному четвертичному оледенению Европы и Северной Америки и каменноугольному оледенению южного полушария, были в северном и южном полушариях и в позднем протерозое. Это также указывает на близость общетемпературных обстановок конца криптозоя, существовавшим в фанерозое. Следовательно, можно полагать, что, по крайней мере, уже в раннем протерозое, вероятно, благодаря коренному изменению состава атмосферы, следствие жизнедеятельности организмов, был сформирован общепланетарный температурный режим планеты, принципиально близкий к характерному для более поздних этапов существования Земли.Иногда можно встретить утверждения, что в архее климат Земли ничего общего не имел с современным: он был жарким, однородным по распределению тепла и влаги. Однако с такими представлениями нельзя согласиться. Вспомним влияние массы атмосферы на распределение температур. Еще, возможно, более существенно следующее. Как было показано акад. Н. М. Страховым в 1960 г. и температурные режимы разных климатических зон Земли, и свойственные им балансы влаги в основе своей являются производными от астрономических условий существования Земли, наклона ее оси к эклиптике, обращения вокруг Солнца, вращения вокруг своей оси и получения энергии от Солнца. Отсюда следует, что поскольку значения всех перечисленных параметров в архее вряд ли существенно отличались от значений их в последующие стадии развития Земли, включая настоящее время, то, следовательно, и в архее климат Земли не мог быть однородным. Обязательно должны были существовать как влажные, так и засушливые места, как более теплые, так и менее теплые условия. Действительно, результаты детальных исследований до-кембрийских толщ показали, что в архейских образованиях иногда присутствуют породы, которые, возможно, могли возникнуть за счет метаморфизма соляных и карбонатно-глинистых пород, образовавшихся в условиях засушливого климата. В единичных случаях встречены и сохранившиеся ангидриты, гипсы, отпечатки кристаллов каменной соли.

31. Глобальный цикл органического углерода и его эволюционная интерпретация: ретроспективные и перспективные следствия.

Углерод присутствует в природе в нескольких основных формах:

восстановленная форма в виде метана и других углеводородов содержится в мантии, коре, атмо- и гидросфере

-- в нейтральном состоянии в виде графита, алмаза и карбида в коре и мантии

-- в окисленной форме в виде углекислого газа, карбонатов и примеси в силикатах в мантии, коре и атмо- и гидросфере

-- в виде сложных биоорганических соединений углерод сосредоточен в биосфере, почве, и океане.

Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO2). Рассмотрим сначала молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений. Далее возможно несколько вариантов:

1. углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут в пищу редуцентам (организмам, которые питаются мертвым органическим веществом и при этом разрушают его до простых неорганических соединений), таким как грибы и термиты. В конце концов углерод вернется в атмосферу в качестве CO2;

2. растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо травоядные животные будут съедены плотоядными (и тогда углерод опять же вернется в атмосферу теми же путями);

3. растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо -- например, в уголь.

В случае же растворения исходной молекулы CO₂ в морской воде также возможно несколько вариантов:

1. углекислый газ может просто вернуться в атмосферу (этот вид взаимного газообмена между Мировым океаном и атмосферой происходит постоянно)

2. углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк или из отложений вновь перейдет в морскую воду.

Если углерод вошел в состав осадочных отложений или ископаемого топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом,попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива.

Функционирование глобального цикла органического углерода - непременное условие существования биосферы. Энергетическую основу этого цикла составляет фотосинтез (6CO2+6H2O=>6O2+C6H12O6), главным вещественным показателем результативности которого является величина глобальной продукции живого вещества. Важнейшая характеристика цикла, определяющая интенсивность его воздействия на геологическую среду и скорость ее изменения - масса выпадающего из него и захороняющегося в осадочных породах органического вещества. Масса живого вещества при условии стабильности структуры биосферы выступает как, стабилизатор процесса, так как эта масса увеличивается или уменьшается в общем обратно пропорционально количеству выпадающего из круговорота органического вещества и прямо пропорционально массе элементов минерального питания, вовлекаемых в цикл. В свою очередь, возрастание массы живого вещества благоприятствует усилению захоронения органического вещества. Соответственно с уменьшением массы живого вещества и его продукции степень устойчивости существования достигнутого уровня развития биосферы должна понижаться. Не исключено, что выявленное уже в 60-е годы прошлого столетия понижение (в результате деятельности человека) примерно на 1/4 массы живого вещества и его продукции нарушило стабильность биосферы. В настоящее время ситуация должна быть еще хуже. Есть оценки, что человеком уже уничтожена половина растительной биоты. Из механизма действия глобального цикла органического углерода следует, что такое резкое снижение массы и продукции живого вещества должно приводить к уменьшению захоронения органического вещества и тем самым к возникновению отрицательного баланса свободного кислорода и увеличению содержания углекислого газа. Глобальный цикл органического углерода существует благодаря участию в нем громадного количества солнечной энергии. Она при разрушении органического вещества полностью не переходит в тепло, а частично в различных формах передается минеральному веществу и вовлекается при осадочном процессе в геологический круговорот. В него же вовлекается значительное количество энергии, содержащейся в самом захороняющемся органическом веществе. Даже роль только последней весьма велика. Ведь на основе использования горючих полезных ископаемых человечество в процессе производственной деятельности в год перемещает огромное количество вещества, превосходящее деятельность всех экзогенных рельефообразующих сил. А в осадочных породах в рассеянном виде содержится примерно на три порядка больше органического вещества, чем во всех месторождениях горючих полезных ископаемых.

32. Функционирование геологического круговорота главных элементов и связь его с циклом органического углерода.

Геологический круговорот веществ - процесс миграции веществ, осуществляемый под влиянием абиотических факторов: выветривания, эрозии, движения вод, магматических процессов и т.д

Он включает следующие этапы:

• появление изверженных пород на земной поверхности;

• выветривания

• почвообразования;

• эрозию и денудации;

• накопление континентальных и океанических осадков; е) метаморфизм осадков;

• выход осажденных пород на поверхность с новым циклом выветривания, почвообразования, денудации и осадконакопления.

Биогеохимический круговорот, представляющий собой обмен макро- и микроэлементов и простых неорганических веществ (СО,, Н20) с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы.

Неразрывная связь живого и минерального миров в биосфере обусловлены тем, что любое проявление жизни не может существовать без постоянного обмена веществ с окружающей средой. Основу любых биологических круговоротов составляет жизнедеятельность организмов. Соответственно раз жизнь эволюционировала, то эволюционировали и биологические круговороты и, как следствие их неполной замкнутости, изменялись и палеогеографические обстановки, и литологические процессы, и биосфера в целом.

Сущ. Схема геолог. круговор. глав. элемент., Р. М Гаррелса. В Потоке веществ, поступающих из области размыва в область осадконакопления, преобладают гидрокарбонаты, хорошо растворимые в воде и SiO₂, NaCl, Fe₂O₃, H₂SO₄. Захороняются же карбонаты, силикаты, SiO₂, Fe₂O₃, FeS₂, NaCl

Так же следует, что орган. вещ-во и др. продукт фотосинтеза - свободный кислород - яв-ся не только непременной существенной частью общих потоков вещ-в, но и костяком круговорота. Без органогенной составляющей круговорота просто не будет, он распадется.

Квазистационарность (присуща). Изменение в любом из потоков вещ-ва в круговороте приводят к преобразованиям во всем круговороте, происходящих, как правило по принципу Ле Шателье. Именно реализация этого принципа обусловила непрерывное сущ-ние круговорота длительное время. Механизмы саморегулирования оч разнообразны. Напр: когда увел. область размыва или интенсивность эрозии суши, меняется кол-во свободного кислорода, идущего на процессы выветривания. Но одновременно происходит неизбежное возрастание средн. скорости осадконакопления, что вызывает более интенсивное захоронение органического вещ-ва и усиление потока свобод. кислорода.

Увеличение масс разрушающихся пород приводит к большому высвобождению элементов минерального питания . Соответственно это стимулирует возрастание массы первичной продукции.

Однако в геолог-ом кругов. отражается по существу лишь следствия функционирования глобального цикла органического углерода (непременное условие существование биосферы). Это как бы "подземная часть глобального биогеоценоза, процессы в его эдафотопе".

33. Сущность, причины и биосферное значение эвтрофикации биосферы и стратисферы.

Биосфера оч сложная, саморегулирующаяся, открытая система, в которой действует принцип Де Шателье. В связи с этим продукция жив. вещ-ва в масштабе геол-го времени опред-ся не столько биомассой продуцентов, сколько соотношением между кол-ом вещ-в на входе в глобальный цикл органического углерода и выходе из него, т.е оставшимся в круговороте после выпадения части из него. При условии постоянства массы и неизменности структуры жив. вещ-ва увеличение кол-ва доступных для использования продуцентами элементов минерального питания приводит к пропорциональному возрастанию продукции. При усилении же изъятия из цикла углерода (вследствие захоронение в стратисфере) орган. вещ-ва и тем самым вошедших в его состав элементов минерального питания продукция падает, так как в круговорот возвращается меньшее кол-во необходимых для его функционирования вещ-в. Механизмы ненарушенного антропогенным воздействием глобального цикла орган. углерода, обусловили устойчивость существования биосферы и то, что эвтрофикация стратисферы яв-ся интегральным показателем ее эволюции. Живое вещ-во и мертвое орган. вещ-во - накопители (депо) элементов минерального питания, а потому при недостатке поступления этих элементов извне с течением времени неизбежно должна уменьшаться масса живого вещ-ва.

Эвтрофикация стратисферы выступает оч ярко. Ведь в осадочных отложениях люб. возраста присутствует орг. вещество, а с ходом геологической истории стратисферы неуклонно наращивается за счет все более молодых осадочных образований. Для выяснения особенностей эвтрофикации стратисферы в фанерозое по последним данным о глобальном распределение содержания орган. вещ-ва и современном представлениям о продолжительности периодов и эпох построена кумулятивная кривая. Из нее следует, что в масштабе геол-го времени отмечается в общем увеличение скорости захоронения орган. вещ-ва, но происходило оно неравномерно и с нередкими спадами ниже предшествовавшего уровня. Резкое возрастание скоростей захоронения было в среднем ордовике, сред и позд девоне, позд юре и плиоцене. Неравномерность во времени глобального захоронения С_оргобъясняется сложным сочетанием геодинамических причин (преимущественно через изменения распределения континентов и океанов, глобальных скоростей седиментации, интенсивности вулканических процессов) и климатических причин ( в основном чередованием оранжерейных и ледниковых климатов). Так, например, оранжерейные климатические режимы (благоприятствовавшие возникновению теплых придонных вод, обедненных кислородом), трансгрессивные этапы (через увеличение площадей устойчивого осадконакопления и захоронения орган. вещ-ва), возрастание скоростей седиментации (приводившее к меньшему уничтожению органич-го вещ-ва при диагенезе и гальмиролизе), интенсификация вулканизма (повышавшая поступление углекислого газа и элементов минерального питания) в общем случае способствовали более интенсивному глобальному захоронению органического вещ-ва. Противоположные процессы должны были приводить к обратному результату.

На фоне перечисленных факторов сама эволюция жизни, трансформировавшая структуры жив. вещ-ва и биосферы, приводила к изменениям суммарной скорости захоронения углерода органического и карбонатного, а следовательно, к колебаниям резервуара углекислого газа атмосферы. Последнее через механизм оранжерейного эффекта могло вызвать существенные климатические последствия. Ведь лишь эквивалентное живому и мертвому орган. вещ-ву современной биосферы (9366 млрд. т) кол-во СО2 в 5,7 раз больше СО2, содержащегося в атмосфере.

34. Сущность, причины и биосферное значение оксигенизации атмосферы и земной коры.

Активная оксигенизация атмосферы началась в фанерозое, но кислород в очень незначительных количествах присутствовал в атмосфере и в докембрии. Первые фотосинтезирующие организмы появились еще в архее. Они и стали первыми продуцентами кислорода. Изначально содержание кислорода была очень мало и шло в основном на окисление различных соединений.

Основная причина оксигенизации - фотосинтезирующая деятельность растений. Основная реакция - 6СО2 + 6Н20 =С6Н1206 + 602 Громадная масса кислорода уходит на окисление, а часть в атмосферу. Как только объем производимого кислорода стал больше объема кислорода, поглощаемого при различных процессах, он стал постепенно накапливаться в атмосфере. Когда к концу Силура содержания кислорода в атмосфере составило примерно 0.1 от современного количества. Это послужило толчком к образованию Озонового экрана, что в свою очередь способствовало распространению жизни сначала на мелководье, а затем и на суше. В последующие периоды происходило активное завоевание суши живыми организмами, что лишь способствовало оксигенизации атмосферы.

35. Соотношение изменения интенсивности эвтрофикации стратисферы и накопления горючих полезных ископаемых в фанерозое. Основой существования и непременным условием развития современного человеческого общества является использование горючих полезных ископаемых, так как они представляют собой почти единственный универсальный источник энергии. Все горючие полезные ископаемые возникли в результате жизнедеятельности живого вещества и эволюции биосферы. Однако их масса составляет лишь ничтожную величину по сравнению с массой рассеянного в стратисфере органического углерода. Потому интересно выяснить, каковы основные особенности изменения интенсивностей накопления главных типов горючих полезных ископаемых в геологической истории и как они связаны с глобальным захоронением органического вещества. Попытаемся это установить для фанерозойского этапа геологической истории. Биосфера - очень сложная, саморегулирующаяся открытая система, в которой действует принцип Ле Шателье. В связи с этим продукция живого вещества в масштабе геологического времени определяется не столько биомассой продуцентов, сколько соотношением между количеством веществ на входе в глобальный цикл органического углерода и выходе из него, т. е. оставшимся в круговороте после выпадения части из него. Соответственно при условии постоянства массы и неизменности структуры живого вещества увеличение количества доступных для использования продуцентами элементов минерального питания приводит к пропорциональному возрастанию продукции. При усилении же изъятия из цикла углерода (вследствие захоронения в стратисфере) органического вещества и тем самым вошедших в его состав элементов минерального питания продукция падает, так как в круговорот возвращается меньшее количество необходимых для его функционирования веществ. Указанные механизмы, вероятно, в основном и обусловливали устойчивость существования биосферы и то, что эвтрофикация стратисферы является интегральным показателем ее эволюции.

В цикле органического углерода фигурирует лишь продукция, а какова роль в нем биомассы? Живое вещество и мертвое органическое вещество - накопители (депо) элементов минерального питания, а потому при недостатке поступления этих элементов извне с течением времени неизбежно должна уменьшаться масса живого вещества. Эвтрофикация стратисферы выступает очень ярко. Ведь в осадочных отложениях любого возраста присутствует органическое вещество, а с ходом геологической истории стратисфера неуклонно наращивается за счет все более молодых осадочных образований. В настоящее время, благодаря многолетним исследованиям А. Б. Ронова и его коллег, имеются весьма представительные данные о массе С_орг, захороненного в разных стратиграфических подразделениях фанерозоя. К сожалению, из-за различной продолжительности соответствующих периодов и эпох нельзя непосредственно судить об изменении интенсивности глобального захоронения органического вещества.

В масштабе геологического времени отмечается в общем увеличение скорости захоронения органического вещества, но происходило оно неравномерно и с нередкими спадами ниже предшествовавшего уровня. Резкое возрастание скоростей захоронения было в среднем ордовике, среднем и позднем девоне, поздней юре и плиоцене. Можно полагать, что неравномерность во времени глобального захоронения С_орг объясняется сложным сочетанием геодинамических причин (преимущественно через изменения распределения континентов и океанов, глобальных скоростей седиментации, интенсивности вулканических процессов) и климатических причин (в основном чередованием оранжерейных и ледниковых климатов). Так, например, оранжерейные климатические режимы, трансгрессивные этапы, возрастание скоростей седиментации, интенсификация вулканизма в общем случае способствовали более интенсивному глобальному захоронению органического вещества.

На фоне перечисленных факторов сама эволюция жизни, трансформировавшая структуры живого вещества и биосферы, приводила к изменениям суммарной скорости захоронения углерода органического и карбонатного, а следовательно, к колебаниям резервуара углекислого газа атмосферы. Последнее через механизм оранжерейного эффекта могло вызывать существенные климатические последствия. Ведь лишь эквивалентное живому и мертвому органическому веществу современной биосферы (9366 млрд т) количество С0₂ в 5,7 раз больше С0₂, содержащегося в атмосфере! для нефтяных месторождений очень характерны резко выраженные максимумы интенсивности формирования в поздней юре, раннем мелу и в среднем-позднем девоне, совпадающие с фиксируемыми и для захоронения С_орг. Отмечается и отсутствие корреляции между этими явлениями, например, в позднем мелу, эоцене, средней юре. Для газовых месторождений и месторождений углей такие совпадения не характерны. Для угленакопления и максимум в поздней перми, и высокие скорости в средней юре, среднем карбоне - ранней перми отмечаются в этапы незначительной интенсивности эвтрофикации стратисферы. Изменения скоростей накопления "начальных" разведанных запасов газа очень близко к выявленным для месторождений угля.

Неравномерность интенсивности накопления горючих полезных ископаемых, слагающих крупные месторождения, должна была определяться в основном не изменениями глобальных скоростей эвтрофикации стратисферы, а сочетанием благоприятных региональных палеогеографических и геодинамических обстановок, проявляющихся на фоне эволюционных изменений структуры живого вещества и биосферы. Это особенно отчетливо выражено в образовании месторождений угля и первичных скоплений органического вещества, явившихся материнскими для месторождений газа.

36. Биосферное и геологическое значение круговорота углерода (суть функционирования и значения для эволюции географической оболочки круговорота углерода, органического и корбонатного). Цикл органического углерода - основа существования биосферы. Он отражает главнейшие процессы в биосфере, происходящие благодаря функционированию живого вещества: образование глобальной первичной продукции, разрушение органического вещества, выпадение части органического вещества из круговорота вследствие захоронения его в стратисфере и изменения, в результате этого захоронения, потоков и объемов резервуаров свободного кислорода и углекислого газа. Однако в нем с количественной стороны оцениваются результаты круговорота лишь собственно органического вещества как такового и вызванные им некоторые изменения биосферы и ее окружающей среды. Естественно, акцент делается на оценку роли свободного кислорода, поскольку практически единственный источник его -жизнедеятельность фотосинтезирующих организмов.

Организмы, как уже неоднократно указывалось ранее, характеризуются не только воспроизводством и уничтожением органического вещества, но часто и "попутным" формированием минеральных веществ, слагающих их скелетные образования или являющиеся разнообразными продуктами их жизнедеятельности. Суммарная масса такого биогенного минерального вещества отнюдь не меньше захороняющегося органического. Более того, если оценивать геологические результаты функционирования живого вещества, то масса биогенных минералов выступает как резко преобладающая над массой собственно органического вещества, вошедшего в геологический разрез. Вышеотмеченное особенно отчетливо проявляется при обращении внимания на карбонатные породы. Часто они слагают мощные толщи, грандиозные по размерам рифовые постройки, а органическое вещество распространено в стратисфере вообще и в карбонатных породах, в частности, как правило, в рассеянном состоянии. А ведь карбонатные толщи, по крайней мере фанерозойского возраста, в основном биогенные. Но ведь и карбонатное вещество - главным образом продукт живого вещества. Более того, если образование каких-то карбонатных пород прямо и не было связано с деятельностью живых организмов, их формирование все равно имело первостепенное значение для происходящих в биосфере процессов. Для изменения содержания углекислого газа в резервуарах не имеет значения, вызывались ли они связыванием его в карбонатном веществе, отложенном в результате жизнедеятельности организмов, или чисто химическим путем. С появлением жизни на суше (подключение второго блока) круговорот существенно усложнился и в целом значительно интенсифицировался. Жизнь и функционально связанные с ней ветви круговорота углерода "захлеснули" сушу. Содержание углекислого газа в атмосфере постепенно сильно понизилось, что почти привело к прекращению накопления доломитовых отложений, а тем самым и к снижению интенсивности извлечения углекислого газа вследствие карбонатонакопления.

С появлением антропогенного сектора круговорот еще более усложнился, а сначала и интенсифицировался. Возникли новые его ветви. Однако разрастание антропогенного сектора, непомерное возрастание техногенной деятельности стали приводить к скальпированию растительного покрова суши и как бы к перекачиванию жизни из наземных биогеоценозов (экосистем) в водные. Под влиянием деятельности человека стало происходить изменение распределения органического вещества между сушей и океаном, началась интенсивная эвтрофикация океана. Жизнь как бы стала вытесняться с суши обратно в океан.

Функции живого вещества в биосфере. В. И. Вернадский выделяет пять таких функций:
-- первая функция -- газовая -- основные газы атмосферы Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы -- продукт разложения отмершей органики;
-- вторая функция -- концентрационная -- организмы накапливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди металлов -- первый кальций, концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, йода -- водоросли (ламинария), фосфора -- скелеты позвоночных животных;
-- третья функция -- окислительно-восстановительная -- организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью;
-- четвертая функция -- биохимическая -- размножение, рости перемещение в пространстве ("расползание") живого вещества;
-- пятая функция -- биогеохимическая деятельность человека -- охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и бытовых нужд человека.

37. Роль живого вещества в энергетике геологических процессов. Многие геологи полагают, что основной энергетический источник тектонических движений и метаморфизма - энергия радиоактивного распада. В последние десятилетия происходит переоценка таких представлений в пользу главенствующей роли в них экзогенных источников энергии, т. е. трансформированной солнечной энергии. Такая переоценка закономерна, если принять во внимание: 1) количество экзогенной энергии, поступающей к поверхности Земли, примерно в несколько тысяч раз больше, чем эндогенной. 2) положения гипотезы геохимической аккумуляции солнечной энергии минеральным веществом, суть которой состоит в том, что основной движущей силой тектонических движений и создания континентальной земной коры является солнечная энергия, аккумулированная в минеральном веществе планеты при разнообразных экзогенных процессах.

Агент, выступающий в качестве основного преобразователя лучистой энергии Солнца в потенциальную энергию химических связей минерального вещества - живое вещество Земли. Поэтому кажется более правильным говорить не о геохимическом процессе аккумуляции солнечной энергии минеральным веществом, а о процессе биогеохимической аккумуляции.

В этой связи важно подчеркнуть следующее. Без участия живого вещества трансформация и аккумуляция солнечной энергии минеральным веществом могли бы происходить по существу лишь на поверхности зоны гипергенеза, т. е. в области, находящейся под непосредственным и интенсивным воздействием экзогенных процессов и прежде всего солнечного излучения. Причем вряд ли такая аккумуляция могла бы иметь существенное планетарное значение. Дело здесь не только в том, что живое вещество непомерно активизирует процессы выветривания. Более важным представляется то, что лишь фотосинтез, осуществляемый зелеными растениями и некоторыми бактериями, эффективно преобразует лучистую энергию Солнца в энергию химических связей органического вещества. Часть этой энергии передается минеральному веществу при процессах, происходящих в почве, при выветривании, в частности при образовании глинистых минералов.

Разрушаясь, органическое вещество не может не передавать существенную часть своей энергии минеральному веществу. Эта трансформация энергии наиболее ярко проявляется в процессах восстановления окисленных минеральных соединений, идущих в громадных масштабах за счет окисления органики. Необходимо подчеркнуть, что окислительно-восстановительный процесс, протекающий в условиях зоны литогенеза, является прерогативой органического вещества; при отсутствии органического вещества и бактериальной жизни даже в изолированном от доступа кислорода осадке не может возникнуть восстановительная среда.

Итак, в современной биосфере воздействие живого вещества и продуктов его жизнедеятельности на осадочное породо-образование ярко проявляется на всех этапах формирования осадочных отложений, начиная от мобилизации осадочного материала на поверхности суши и кончая возникновением горных пород из осадков. Естественно, что на протяжении всех этапов громадные массы энергии, содержащейся в живом и мертвом органическом веществе, передаются минеральному.

Весь ход развития биосферы свидетельствует о том, что количество энергии химических связей, передаваемой живым веществом стратисфере Земли, в геологической истории должно было в целом увеличиваться. Это подтверждается тем, что по мере эволюции биосферы происходили интенсификация биогеохимических круговоротов, вовлечение в них поверхности всей Земли и все большего количества веществ, увеличение эвтрофикации биосферы и стратисферы, оксигенизации атмосферы и земной коры, возрастание скорости миграции химических элементов в биосфере и скорости накопления в неорганическом веществе потенциальной химической энергии.

Вот почему, вопреки постепенному значительному уменьшению количества эндогенной энергии, в общем происходит интенсификация геологических процессов, которая проявляется в увеличении контрастности рельефа, разности отметок поднятий и впадин, возрастании высоты горных хребтов, росте темпа осадконакопления, большей контрастности геохимических обстановок осадко- и породообразования. Приведенные материалы созвучны утверждениям А. В. Сидоренко о том, что главным фактором эволюции сиалической оболочки земной коры было функционирование живого вещества и что эволюция биосферы - это развитие и эволюция земной коры.

38. Альтернативные оценки принципов сохранения жизни в ходе геологической эволюции Земли. В связи с приведенными рассуждениями нельзя согласиться с мнением о неизбежности энергетической смерти планеты и гибели биосферы вследствие уменьшения внутренней энергии Земли. Оно было бы справедливым, если бы Земля была изолированной системой (второй закон термодинамики). Но поскольку она получает энергию в основном из космоса, и на Земле есть жизнь, трансформирующая эту энергию, такой вывод не правомочен. Живое вещество противостоит действию второго закона термодинамики, и именно благодаря ему геологические процессы пока не затухают, а, напротив, интенсифицируются. Яркий показатель этого - эвтрофикация и оксигенизация планеты. Против гипотезы о смерти биосферы, связанной с прекращением выноса глубинного углекислого газа в результате затухания вулканической деятельности, свидетельствует и отсутствие корреляции между скоростями отложения вулканогенных пород и захоронения органического вещества. Напротив, как правило, наблюдается четко выраженное общее соответствие усиления захоронения органического вещества повышению скорости отложения осадочных пород (а следовательно, и увеличению масс разрушавшихся более древних образований) и возрастанию разрушения С_орг - осадочных толщ, уничтожавшихся эрозией. Это может рассматриваться как довод в пользу заключения о том, что массы первичной продукции живого вещества и захороняющегося органического вещества определяются в основном количеством элементов минерального питания, а не интенсивностью поступления в атмосферу углекислого газа, выделявшегося при вулканических процессах.

Кроме того, надо учитывать, что в биосфере действует закон Ле Шателье. Его проявление может быть очень разнообразным. Например, станет не хватать углекислого газа - уменьшится первичная продукция, соответственно снизится и количество животных, изымающих углекислый газ для образования карбонатного материала. Другой механизм: резко понизится содержание углекислого газа - часть карбонатных осадков станет замещаться сульфатами, а соответственно в систему будет поступать углекислый газ. Приведенные материалы не позволяют согласиться со сформулированным А. Б. Роновым "геохимическим принципом сохранения жизни", согласно которому "жизнь на Земле и других планетах, при прочих равных условиях, возможна лишь до тех пор, пока эти планеты активны и происходит обмен энергией и веществом между их недрами и поверхностью. С энергетической смертью планет неизбежно должна прекратиться и жизнь". По нашему мнению, вывод должен быть противоположным. Тектоническая активность Земли сохранится до тех пор, пока на ней существует жизнь, а жизнь неистребима, пока наша планета получает достаточное количество солнечной энергии. Даже неразумная деятельность "человека разумного" вряд ли может привести к полному уничтожению жизни на Земле - простейшие организмы выдержат и атомную катастрофу.

39. Возможные причины и следствия неравномерности распределения в ГО жив. вещ-ва

Уже в начале существования жив.организмов их распределение по поверхности планеты должно было быть неравномерным.Еще более неравномерным должно было быть кол-во орг. вещ-ва, захоронявшегося и формировавшихся тогда толщах пород, поскольку от места к месту в них одновременно могло существенно меняться кол-во вулканогенного материала, совсем не содержащего орг. вещ-ва. Все это приводило к резким различиям в кол-ве потенциальной энергии, содержащейся в постепенно погружающихся осадочно-вулканогенных толщах, что, очевидно, не могло не сказаться на времени смены нисходящей ветви геологического круговорота веществ в том или ином участке повер-ти Земли восходящей ветвью, т.е на времени смены погружения поднятием.

Изменение очертаний и увеличение размеров суши, а параллельно с последним и возрастание глубин в океанах, возможно, приводили к увелич. контрастности в количественном распределении жив. вещ-ва. На знач. глубинах не могли обитать фотосинтезирующие растения. Поэтому донные их представители, в частности водоросли, формировавшие строматолитовые или онколитовые образования, тяготели к прибрежной зоне водоемов. Вблизи от суши, особенно в местах стока наземных вод, бурному развитию жизни способствовало поступление с суши различных минеральных вещ-в, содержащих элементы, необходимые для жив. организмов, такие как калий, железо, фосфор и др. Следовательно уже в докембрии развитие жизни должно было иметь отчетливые по периферии древних водоемов, особенно вблизи крупных массивов суши. Именно в этих местах

наиболее энергично должны были накапливаться в осадках орган. вещ-во и образовываться наиболее мощные толщи осадочных пород. Соответственно должны были накапливаться энергия хим. связей, присущая орган. вещ-ву, и содержащаяся в осадочных породах потенциальная энергия, приобретенная частью минер-го вещ-ва при процессах выветривания на суше за счет использования лучистой энергии Солнца. Поэтому по периферии наиболее крупных массивов суши как докембрии, так и позже должны были сущес-ть наиболее благоприятные условия для смены устойчивого погружения и интенсивного осадконакопление с течением времени поднятием, сопровождавшимся складчатостью и приводившим к последующему разрушению ранее образовавшихся пород. В результате возможно могло происходить перераспределение на пов-ти Земли зон погружения и воздымания , областей осадконакопление и областей сноса (размыва), распространенных водных пространств и суши. Геолог-ие кругов. как бы мигрировали по поверх-тной части планеты и вероятно создавали при этом континент-ую земную кору.

Предположение Барта, Синицын.

40. Значение изменений содержания свободного кислорода в географической оболочке для эволюции биосферы. Важнейшие рубежи их (прошедшие и возможный).

Созидательная и геологическая роль живого вещества стали осуществляться с появлением фотосинтезирующих растений - 4-3,5 млрд лет назад. И хотя до Фанерозоя жизнь была только на глубинах, где мало света, но ратсения всё равно поглащали углекислый газ из воды. На ранних этапах эволюции живого вещества в атмосферу поступало больше свободного кислорода, чем сейчас. Органическое вещество, поступающее на дно, вряд ли окислялось свободным кислородом, поэтому захронение шло в больших масштабах, а значит кислород в атмо- и гидросферу поступало больше. Содержание кислорода долго не увеличивалось, потому что тот, который оставался шёл на окисление компонентов атмосферы того времени. 2,2-2 млрд лет назад произошло изменение состава атмосфере: уничтожение аммиака и др востановительных компонентов, а значит увелич кол-ва свободного О2 => изменение хода геологических процессов (обстановка выветивания на суше стала окислительной; в гидросфере же напротив резкая контрасность среды - появление кислородных вод, в других же участках, где захроялось орг.в-во, создавались восстановительные воды; это различие определяло содержание в осадках и на их поверхности органическое вещества). К началу Кембрия возрастание количества свободного кислорода в атмосфере привело к возникновению озонового экрана. Верхние участки водоёмов стали пригодны для жизни. Биологическая продуктивность водоёмов резко увеличилась. Интенсивность жизни стала значительно больше, т.к. у поверхности воды больше солнечных лучей. Содержание кислорода достигло 1% от его современного содержания. Это привело к переходу процессов брожения к процессам окисления. Расчёты показали, что при таком содержании кислорода верхний слой воды (ок. 30 см) был ещё не доступен для жизни, т.к. всё ещё был пронизан у/ф лучами.

41 Появление животных со скелетными образованиями. Начало кембрийского периода, а следовательно, и фанерозоя ознаменовалось очень важным событием в развитии органического мира. Впервые появились и сразу широко распространились организмы, обладавшие карбонатными, фосфатными и хитиновыми скелетными образованиями.

В общем с начала кембрийского периода мир животных, несомненно, начал развиваться очень бурно, сложно, с вымиранием одних групп организмов и возникновением других, более многочисленных. В результате к концу кембрия существовали представители почти всех типов животного мира, хотя наиболее распространенными были трилобиты и археоциаты.

С чем связано появление на границе докембрия и кембрия организмов с карбонатными и фосфатными скелетами, до сих пор неясно, хотя различных гипотез предложено много. Возможно, причин было несколько, но главная, скорее всего, - изменение содержания кислорода в атмосфере. Распространено представление, что именно к кембрийскому периоду оно достигло примерно 1% от содержания его в современной атмосфере. Такое возрастание концентрации кислорода привело к образованию у поверхности Земли озонового экрана, благодаря чему жесткое излучение Солнца перестало проникать в верхние слои гидросферы. Это представление основывается на результатах исследований Л. В. Беркнера и Л. С. Маршалла, которые пришли к выводу, что содержание в древней атмосфере свободного кислорода, примерно равное 0,01 от современного, является тем критическим уровнем, при котором образующийся под воздействием солнечных лучей озон концентрируется вблизи поверхности Земли.

Если такое представление верно отражает действительность, то тогда можно полагать, что именно с возникновением озонового экрана животный мир смог проникнуть в крайнее мелководье - наиболее благоприятную для обитания зону, в которой раньше он не мог существовать. В то же время хорошо известно, что именно мелководье наиболее благоприятно для образования карбонатных и некоторых фосфатных минералов, поскольку в его водах содержится наименьшее количество растворенного углекислого газа, резко повышающего растворимость рассматриваемых минералов. С глубиной количество углекислого газа увеличивается, что может препятствовать не только образованию, но и сохранению этих минералов, т. е. есть какая-то критическая глубина, ниже которой соответствующие минералы не могут существовать. Но в настоящее время содержание углекислого газа в атмосфере и гидросфере значительно ниже, чем в пред-кембрийское. Следовательно, тогда критическая глубина должна была располагаться на значительно меньшем расстоянии от поверхности воды.

С образованием озонового экрана у поверхности гидросферы в нее перестали проникать губительные ультрафиолетовые лучи. Животный мир сразу на громадных пространствах захватил мелководные зоны, в пределах которых стало возможно возникновение карбонатных скелетных образований. Появление у организмов того или иного скелета давало им большие преимущества перед бесскелетными формами. Поэтому в процессе борьбы за существование у многочисленных и разнообразных форм организмов стали возникать различные скелетные образования.

Изложенные причины образования скелетов относились к организмам, строящим карбонатный скелет.

Появление фосфатных и хитиновых скелетных образований могло быть вызвано борьбой за существование между только что появившимися животными с карбонатным скелетом и бесскелетными. Кроме того, могло иметь значение и то, что в условиях мелководья вообще скелетные образования (в связи с большей подвижностью воды и значительными уклонами дна) более необходимы, чем в относительно глубоководных частях водоемов.

Высказывалось мнение, что появление экзоскелетов на рубеже венда и кембрия имеет прямую связь с важнейшей физиологической функцией - дыханием организмов. Синхронное появление скелетов у различных организмов могло произойти в том случае, если в среде обитания возросло содержание кислорода, что компенсировало потери его поступления из-за возникновения экзоскелетов.

42.Выход жизни на сушу: время, причины, основные следствия.

Выход жизни на сушу произошел в Силуре (430-400 млн лет назад). к концу силура водоросли и фотосинтезирующие бактерии в большом количестве вышли на сушу, т.к. происходило обмеление морей. Тогда на суше начали произрастать первые примитивные растения. Позже на сушу вышли животные (около 395 млн лет назад).

Характерная черта силурийского периода - интенсивное развитие наземных растений. Одними из первых наземных, вернее земноводных, растений были псилофиты, ведущие свою родословную от зеленых водорослей Вне водоема становится необходимым расчленение тела на органы, выполняющие определенные функции. Наземные растения могут черпать влагу и соли лишь из почвы. Необходимость поддержания относительно тяжелого растения в воздушной среде ведет к развитию стебля, несущего листья. В связи с необходимостью проведения воды от корней к листьям возникает сосудистая система.

Выход растений на сушу - один из величайших этапов эволюции. Он был подготовлен предыдущей эволюцией органической и неорганической природы. В результате взаимодействия бактерий и синезеленых с минеральными веществами на суше образовался биогенный слой - почва, из которой псилофиты могли черпать пищевые ресурсы.

Формирование озонового экрана , вставшего на пути гибельных для живых организмов коротковолновых ультрафиолетовых лучей, увеличение концентрации свободного кислорода до 10% его концентрации в современной атмосфере явились необходимыми условиями для развития жизни на суше.

Кроме того, интенсивные горообразовательные процессы, происходившие в ордовике и силуре, привели к сокращению морских бассейнов и образованию обширных заболоченных областей.

Благодаря значительным запасам биомассы растений возникла возможность выхода на сушу и животных. Первыми посланцами были паукообразные, близкие по строению к современным скорпионам. Они распространились на суше почти одновременно с псилофитами.

Следствия: Образование на суши биосферы, изменение суши, изменение состава атмосферы

43. Возникновение лесного и почвенного покровов

Каменноугольный период ознаменовался бурным развитием наземной растительности и образованием многочисленных месторождений каменного угля. В каменноугольном периоде сравнительно однообразная, преимущественно псилофитовая флора, характерная для девона, сменилась более высокоорганизованными формами, быстро распространившимися на огромные территории. Большие пространства планеты покрылись громадными заболоченными лесами, произраставшими преимущественно в низменных, болотистых местностях, примыкавших непосредственно к морским бассейнам.

Наземная растительность этого времени была уже типично лесного типа. Крупные древовидные папоротники, плауновые и хвощовые нередко достигали высоты до 40 м и более и образовывали густые, труднопроходимые чащи. К концу периода разнообразие растительного мира еще более увеличилось и появились первые хвойные растения.

Наряду с высокоорганизованной флорой в каменноугольном периоде продолжали эволюционировать и завоевывать все новые и новые участки суши низшие организмы - различные бактерии, водоросли, грибы, лишайники. Более того, можно полагать, что именно эти организмы являлись пионерами в заселении все новых и новых пространств, подготавливающими в буквальном и переносном смысле "почву" для высших растений.

Можно полагать, что уже в конце силурийского периода, а может быть и несколько раньше, на суше возник разнообразный мир микроорганизмов, заселивший почти всю поверхность Земли. После своего широкого распространения на суше микроорганизмы должны были интенсифицировать разрушение (особенно химическое) горных пород, слагавших поверхность литосферы, не покрытую водами гидросферы. С этой поры наземное выветривание перестало быть процессом чисто физико-химическим, а стало в основном биохимическим. Усиление разрушения суши должно было привести к еще более интенсивному осадконакоплению в водоемах.

Хотя роль микроорганизмов в разрушении пород суши была значительной, все же они не могли создать почву, напоминающую современную. Микроорганизмы разрушали прочные породы и постоянно создавали на их поверхности пленку рыхлого мелкозема. Однако закрепить этот мелкозем могли лишь растения с корневой системой. Такое закрепление необходимо для образования развитого почвенного покрова.

Так как микроорганизмы не могли надежно закрепить мелкозем, он перемещался под действием ветра и воды по поверхности суши, пока не попадал в водоемы и не захоронялся в виде тех или иных осадков. Те процессы, которые в настоящее время типичны лишь для пустынных областей, полностью лишенных растительного покрова, в то время были характерны для поверхности всей суши.

Появление в конце силурийского периода наземной растительности сопровождалось закреплением рыхлого материала и образованием настоящих почв. Однако этот процесс, вероятно, в конце силура и на протяжении девона был еще слабо выражен, так как основная масса растительности того времени была земноводной. Потому происходило главным образом формирование лишь подводных почв.

Растительность, произраставшая в мелководье водоемов и в болотных условиях, не только препятствовала размыванию рыхлого донного материала, так как гасила силу волн и текучей воды, но и улавливала тот тонкий материал, который поступал с суши с поверхностными водами или приносился ветром. Одновременно с этим процессом происходило накопление органического вещества. Разложение его приводило к возникновению восстановительных условий в образующихся осадках и тем самым сильно влияло на миграционные особенности многих элементов. Большое биохимическое влияние на осадок оказывали возникавшие в нем различные органические соединения.

Положение существенно изменилось в каменноугольном периоде в связи с пышным расцветом наземной растительности. Растительность в это время захватила громадные пространства суши. Ее продвижение, вероятно, ограничивалось лишь климатическими условиями, главным образом недостатком влаги. Распространению растительности вряд ли существенно могли мешать другие причины. Подготовка субстрата микроорганизмами не могла заметно влиять на расселение растительности, поскольку степень ее определялась не временем (его было с позднего силура вполне достаточно), а интенсивностью эрозии. Поэтому почвы могли образоваться лишь в процессе возникновения растительного покрова.

Итак, появление каменноугольных лесов сопровождалось одновременным образованием почвенной оболочки нашей планеты. И тот, и другой процессы были тесно связаны друг с другом и не могли происходить изолированно. И нельзя ставить вопрос, что образовалось раньше - почва или растительный покров Земли. Здесь четко проявляется действие в биосфере принципа всеобщей связи явлений.

Образование растительного лесного покрова и почвы имело большие планетарные следствия. Возникли и стали приобретать все большее значение и распространение сложные биологические круговороты веществ вне гидросферы. Быстро увеличилась скорость миграции различных элементов в пределах суши. Резко возросло общее воздействие живого вещества на процессы разрушения пород литосферы, на подвижность химических элементов и их соединений. Суша перестала быть областью безраздельного господства окислительных обстановок и нейтральных или щелочных сред. На ней местами появились, благодаря обилию разлагающейся органики, и восстановительные условия, и очень кислые среды. Именно с этого времени на суше стала формироваться контрастность геохимических сред, характерная для современной геологической эпохи.

Наступил этап развития биосферы, в течение которого проявлялись все стороны геологической роли живого вещества. Возникли все основные элементы современной биосферы, имеющие планетарное значение. В дальнейшем происходили лишь их эволюция и изменение границ распространения.

Формирование растительного и почвенного покровов суши вызвало возникновение универсального естественного экрана, удерживающего в пределах суши разнообразные химические элементы, необходимые для живых организмов, такие, как азот, фосфор, калий и ряд других. Эти элементы стали в меньшем количестве поступать в Мировой океан. Последнее, очевидно, сказалось на некотором понижении общей биомассы и продукции органического мира гидросферы. Возможно, что и последующее расширение жизни на суше сопровождалось одновременным некоторым уменьшением ее обилия в водах гидросферы.

Растительный и почвенный покровы на суше способствовали противодействию эрозионной деятельности ветра, дождя и текучих наземных вод. Атмосферные осадки превратились из силы, препятствующей накоплению рыхлых продуктов выветривания горных пород, в силу, способствующую их формированию и сохранению.

44.Распространение растительности лугов, степей, саванн, прерий: время, причины, основные следствия.

это всё травянистая растительность. Травянистый покров возник благодаря трансформации древесного покрова. Этот переход привёл к тому, что растительность получила возможность распространяться в аридный условиях. Появление травянистого покрова отражает приспособление растительности к пониженной влажности. Покрытосеменные - первые растение - появились в основном в меловом периоде, скорее всего в горных областях.

Основные следствия: трансформация географической оболочки; повышение содержания кислорода в атмосфере; более активный процесс почвообразования; защита верхнего слоя почвы от механического выветривания - влияние на рельеф.

45. Принципиальная схема коэволюции биосферы, литогенеза и палеогеографических обстановок в докембрии.

В докембрии происходила большая чать геологической истории Земли (3.8 млрд лет). Органические остатки в докембрийских отложениях встречаются крайне редко, что является одной из отличительных особенностей этих древнейших геологических образований. Осадочные образования докембрия как правило обнаруживаются в нижних частях чехла; они представлены относительно слабо изменёнными породами,даже глауконитом и др. минералами, разрушающимися даже при слабом метаморфизме.

Породы докембрия выходят на земную поверхность на кристаллических щитах и слагают фундамент платформ. Очень часто они претерпевали несколько этапов сильных деформаций, метаморфизма, внедрения расплавов и частичного плавления. Раннедокембрийский фундамент имеет высокую степень метаморфизации, что очевидно по щитам - Балтийскому, Алданскому и др. В архее и протерозое происходит формирование фундаментов древних платформ. Докембрийские образования составляют ядра поднятий, например, срединные массивы в обрамляющих древние платформы более молодых складчатых зонах.

Кислород в атмосфере практически отсутствовал. Озонового экрана не было. Но в докембрий зародилась жизнь, возникла кислородная атмосфера. Жизнь развивалась только в море на больших глубинах. Большую роль в оксигенизации первичной атмосферы сыграли вулканы. Извержения, в эпоху архея и протерозоя, были сильными. Несомненно, что при происходившей дегазации магмы кислород выделялся в больших количествах.

В протерозейских отложениях органические остатки встречаются намного чаще, чем в архейских. Они представлены известковыми выделениями сине-зеленых водорослей, кремнистыми и известковыми скелетами, ходами червей, остатками кишечнополостных и членистоногих, примитивными раковинами брахиопод.

Возможно, в докембрии животные обитали лишь на глубине, куда не проникали губительные для них ультрафиолетовые излучения Солнца. На этой же глубине углекислого газа содержалось такое количество, которое препятствовало существованию карбонатных и фосфатных минералов. Водоросли, вероятно, могли переносить несколько более повышенные дозы облучения, потому обитали и часто формировали карбонатные породы на меньшей глубине.

Можно полагать, что в докембрии проникающее в верхние слои гидросферы ультрафиолетовое излучение Солнца в концентрациях, превышающих возможность существования многоклеточных животных, достигало критического уровня карбонато-накопления и для выделяющих известь животных не было мест для обитания. Для водорослей и бактерий критические значения проникающей радиации были выше, потому между этими значениями и критической глубиной накопления карбонатов существовал какой-то интервал глубин, в пределах которых могли интенсивно развиваться карбонатовыделяющие водоросли и бактерии.

46. Принципиальная схема коэволюции биосферы, литогенеза и палеогеографических обстановок в фанерозое.

В основу подразделения эволюции биосферы на основные качественно различающиеся стадии положены представления о наличии нескольких важнейших рубежей. Такими основными рубежами развития биосферы, с которыми были связаны многие особенности изменения географической оболочки, были следующие: возникновение фотосинтезирующих организмов (и тем самым появление свободного кислорода в гидросфере); переход восстановительной атмосферы в окислительную; устойчивое возникновение озонового слоя у поверхности Земли; образование озонового слоя на удалении от поверхности Земли.

Показательно, что все рубежи, возникшие вследствие природной эволюции биосферы, связаны с изменением содержания в географической оболочке свободного кислорода. Только последний, в значительной мере проблематичный рубеж, или рубеж состояния биосферы, обусловлен непосредственно деятельностью человека. Однако его появление, не будучи вызванным изменениями содержания свободного кислорода в атмосфере, привело к началу процесса уменьшения резервуара этого газа.

Все рубежи обусловливались развитием биосферы и, в свою очередь, определяли ее особенности - вплоть до размеров и структуры. Соответственно можно выделить несколько стадий развития биосферы: эмбриональную восстановительную - живые организмы существовали лишь в водоемах на глубинах более 10 м, атмосфера восстановительная; эмбриональную окислительную - жизнь также развита в водоемах на глубинах более 10 м, но атмосфера окислительная [в общем к эмбриональной стадии: в атмосфере было 0,01 от современного объёма; лучи не проникат в водоём; к концу Силура кислорода примерно 0,1 от современного объёма, образовался озоновый экран,]; юную-жизнь распространилась по всему объему водоемов, заселив мелководье; зрелую -со структурой современной биосферы.

Пока окислительной атмосферы не было, при диагенезе сохранялось больше органического вещества, поскольку оно не расходовалось на восстановление в осадках на дне водоемов окисленных на поверхности Земли соединений, так как таковых не было. Соответственно воздействие захоронявшегося в осадках органического вещества на диагенетические процессы было очень слабое, зато на процессы катагенеза и особенно метаморфизма - существенно более значительное, чем позже. Более того, можно предположить, что именно накопленная в органическом веществе энергия химических связей в большой мере способствовала широкому развитию процессов метаморфизма.

Образование кислородной атмосферы привело к отложению на дне водоемов значительного количества окисленных соединений. Потому существенная часть органического вещества в донных осадках начала расходоваться на их восстановление. Вследствие этого процессы диагенеза стали более разнообразными и интенсивными. Количество органического вещества, которое могло участвовать в катагенетических и метаморфических процессах, стало снижаться. В результате меньшего конечного захоронения органического вещества понизилась интенсивность поступления свободного кислорода в атмосферу.

С возникновением растительного покрова на суше воздействие живого вещества наиболее сильно стало проявляться при мобилизации осадочного материала и слабее - на других стадиях литогенеза.

Для современного этапа характерно увеличение неравномерности воздействия живого вещества на осадки и породы из-за редуцирования растительного покрова и возрастания техногенного влияния. В целом, воздействие, вероятно, усилилось при мобилизации и отложении осадочного материала.

В настоящее время не может быть сомнений в том, что человек со всевозрастающей скоростью уничтожает биоту, трансформирует состав и массу потоков веществ, участвующих в биогеохимических круговоротах. Техногенное влияние затронуло все составляющие биологических круговоротов, стало нарушать системы их саморегулирования и сложившиеся в процессе геологической истории неразрывные связи между живым и косным веществом биосферы.

Оставить комментарий © Copyright Bxcvbvcbv (vlcvj@mail.ru) Размещен: 28/12/2011, изменен: 28/12/2011. 154k. Статистика. Статья: Иллюстрации/приложения: 1 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:

Bxcvbvcbv : другие произведения.

Cvvc