Вам, земляне(Издание второе, переработанное)

Выше тропосферы (до высоты примерно 55 км) простирается стратосфера, включающая слой озона (на высоте 25–30 км).

Температура нижних слоев стратосферы минус 60–70 °C, но с высоты 25 км она начинает повышаться и у верхнего предела стратосферы достигает плюс 30 °C.

Еще выше находится мезосфера, где температура снова падает и где преобладает вертикальное движение воздуха. Область атмосферы выше 80 км называется ионосферой — в ней температура снова повышается до 1000 °C. Заметим, что эта температура характеризует среднюю кинетическую энергию молекул воздуха, но не ощущение человека, попавшего в ионосферу. Воздух здесь до высоты 1200 км так разрежен, что, несмотря на высокие скорости отдельных молекул, он не нагреет ни обычный термометр, ни нас.

Наконец, самое внешнее ажурное покрывало Земли состоит из протонов, поэтому называется протоносферой. Оно постепенно сходит на нет, как бы растворяясь в межпланетном пространстве.

Строго говоря, и протоносфера — не граница Земли. В околоземном пространстве к нашей планете непосредственно прилегает радиационный пояс, проходящий по магнитному экватору Земли. Он состоит из протонов и электронов, выброшенных Солнцем и захваченных магнитным полем нашей планеты. Эти частицы движутся вдоль силовых линий земного магнитного поля, как бы накручиваясь на них по сложным спиралеобразным траекториям. Радиационный пояс условно делят на три зоны. Внутренняя, отстоящая от поверхности Земли примерно на 4000 км, состоит из протонов большой энергии, средняя (от 12 000 до 20 000 км) — из протонов и электронов меньшей энергии. Наконец, на высоте 50–60 тыс. километров находится третья зона пояса радиации, состоящая из электронов малых энергий, которые образуют вокруг Земли кольцевой ток силой до 10 млн. ампер.

Сложность структуры космических окрестностей Земли обусловлена, собственно, единственной причиной — наличием магнитного поля. С помощью современных приборов оно прослеживается на расстояние до 15 радиусов Земли. Это «офизиченное» геомагнитным полем пространство, как уже говорилось, получило название магнитосферы.

Материальным продолжением Земли может считаться ее гравитационное поле. Формально говоря, оно простирается на всю Вселенную (как, впрочем, и гравитационное поле любого тела). Практически тяготение Земли приходится учитывать по крайней мере в нескольких десятках тысяч километров от Земли, когда космические аппараты отправляются в очередной полет.

Внешние части земной атмосферы не имеют (или почти не имеют) отношения к процессам, происходящим в земной коре. Зато конвективные движения воздуха в тропосфере играют прежде всего роль разрушителя твердой оболочки Земли. При скорости около 15–20 метров в секунду (м/с) ветер переносит песок и гравий. Продолжающийся тысячелетия, этот казалось бы ничтожный по масштабам, процесс «полирует» земную поверхность, действуя подобно наждачной бумаге. Сильные ветры (скорость порядка 30 м/с) переносят мелкие камни, а иногда вырывают из земли с корнями деревья. Что же касается ураганов и смерчей (скорость 60–80 м/с и больше), то они поднимают в воздух огромные массы пыли и способны вызвать катастрофические разрушения. Так, например, в 1969 г. над Доном и Кубанью пронеслась пылевая буря, «содравшая» на огромном пространстве плодородную черноземную почву.

Разрушая поверхностные слои земной коры, ветры и ураганы переносят, иногда на значительные расстояния (тысячи километров), продукты разрушения и откладывают их в новых районах на поверхности Земли. Это — созидательная работа ветра, в результате которой образуются так называемые эоловые отложения (Эол — древнегреческий бог ветра). Они состоят в основном из обломков кварца, полевого шпата, кальцита и других частиц, среди которых встречаются и представители биосферы (споры, пыльца растений и т. д.).

Планетарный размах деятельности ветра особенно ощутим в пустынях, огромные пространства которых покрыты эоловыми отложениями. В некоторых районах Земли пустыни интенсивно расширяются, угрожая засыпать песком плодородные земли. Борьба с пустынями, увеличение участков обрабатываемой культивируемой Земли — одна из сложных задач, стоящих перед человечеством.

Разрушительная деятельность ветра — один из видов процесса выветривания. Так геологи именуют физическое разрушение и химическое разложение поверхностных слоев земной коры под действием солнечного тепла, воды, воздуха и живых организмов.

Днем и ночью, летом и зимой Солнце нагревает горные породы в разной степени. Это приводит в конце концов к их растрескиванию. В трещины попадает вода, замерзающая при морозе. Лед с огромной силой давит на стенки трещин, расширяя их. Аналогичную роль иногда выполняют и живые организмы, например корни растений, проникшие в расщелины. Даже тогда, когда вода не замерзает, она способна постепенно, исподволь разрушать горные породы. Многократное намокание и высыхание породы ослабляет силы сцепления между частицами, и она растрескивается, разламывается на части. Ветер довершает разрушительную работу своих союзников по «сглаживанию» земной коры.

Некоторые из минералов (например, сульфиды, пироксены) настолько неустойчивы, что под действием кислорода воздуха, углекислого газа, воды и органических кислот испытывают химическое преобразование, называемое химическим выветриванием. Немалая роль в этом принадлежит живым организмам, выделяющим органические кислоты и способствующим накоплению в продуктах разрушения органического вещества.

В целом атмосфера стремится сгладить лик планеты, упростить ее рельеф. Если бы это было в ее силах, она сделала бы нашу Землю такой же гладкой как бильярдный шар. И в этом ей помогла бы гидросфера.

Гидросфера и полезные ископаемые

Гидросферой называется водная оболочка нашей планеты. В некоторых частях она образует обособленные бассейны (океаны и моря, реки и озера), в других — пропитывает земную кору в форме подземных вод. Общий объем воды на Земле оценивается в 1,8 млрд кубических километров, причем на моря и океаны приходится около 73 %, примерно 25 % воды находится в земной коре и около 2 % — в озерах, реках, болотах и ледниках.

Вода — единственный минерал, который в земных условиях встречается во всех трех фазовых состояниях — твердом, жидком и газообразном. Как писал В. И. Вернадский [7] , «…вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных процессов. Есть серьезные основания полагать, что вода присутствует не только в атмосфере, гидросфере и земной коре. По оценке акад. А. П. Виноградова, мантия содержит около 2·10²⁶ граммов воды, что примерно в десять раз больше массы всей земной коры. Скорее всего гидросфера „подпитывается“ водой мантии. Когда действует вулкан или гейзер, этот процесс становится очевидным, но происходит он, наверное, постоянно на протяжении всей геологической истории. Изнутри наружу вода движется, вероятно, не столько благодаря фильтрации растворов и газов, сколько за счет диффузии отдельных атомов, ионов и молекул. В явлении водообмена между мантией и земной корой пока много неясного, но уже обсуждаются конкретные гипотетические механизмы этого процесса» [8] .

7

Вернадский В. И. Избранные сочинения. Т. IV М., изд-во АН СССР 1960, с. 16.

8

Подробнее см. в работе С. М. Григорьева «Роль воды в процессах образования земной коры». Сборник «Пути познания Земли» (М., «Мысль», 1971).

Что касается водообмена между внешними водными бассейнами и атмосферой, то здесь все достаточно ясно. Испаряясь под действием солнечного тепла, вода попадает в атмосферу, а при охлаждении и конденсации выпадает на земную поверхность в виде дождя или снега. Подсчитано, что за год в атмосферу поступает при испарении с поверхности Мирового океана 448 000 км³ воды. В виде осадков возвращается 412 000 км³, в виде речного стока — 36 000 км³ (рис. 21).

Рис. 21. Круговорот воды на Земле.

Воды, стекающие в моря и океаны с суши, называются текучими водами. При своем движении они размывают горные породы. Этот процесс получил название эрозии. Следы эрозии видны повсюду. Небольшой водный поток образует рытвину, которая по мере углубления превращается в овраг. Овраги растут и разветвляются до тех пор, пока вода не выработает так называемый профиль равновесия и овраг не превратится в балку с задернованными склонами. Каждая река вместе со своими притоками образует речную систему. Крупнейшая из них — система р. Обь, имеющая площадь водосбора около 3,35 млн. квадратных километров. За год реки выносят в моря и океаны огромное количество воды (например, река Амазонка — 3160 км³). Разрушая поверхностные породы, реки меняют рельеф суши — возникают речные долины, горные хребты превращаются в совокупность постепенно сглаживающихся холмов.