2015-04-01
2779
Передвигаясь, массы льда производят значительную работу по разрушению горных пород, обработке (вспахиванию и истиранию) поверхности, по которой они движутся, и переносу разнообразного обломочного материала. Движению ледника способствует появление воды в его подошве, которая образуется в результате снижения температуры таяния льда при высоком давлении и выполняет роль смазки ледяного массива. Скорость движения ледника зависит от многих факторов, главными из которых следует считать массу льда и уклон поверхности, по которой он перемещается. При одинаковой массе ледника в зависимости от уклона ложа существенно меняются тангенциальная Fт и нормальная Fн составляющие, которые определяют скорость движения и давление на ложе.
Кроме уклона, скорость течения ледника связана с изменениями климата, условий питания, извилистости ледникового ложа. В частности, центральная часть ледника движется значительно быстрее, чем боковые участки, которые испытывают большее трение о борта долины. Неравномерное движение ледниковой массы обусловливает образование краевых или боковых трещин. Кроме того, в теле ледника под действием боковых напряжений образуются длинные параллельные трещины — кривассы. Другим видом нарушения тела ледника являются серакки, связанные с деформациями тела ледника при изменении ширины долины или с неровностями в рельефе ложа.
|
|
|
Работа ледника по разрушению и истиранию пород ложа называется ледниковой эрозией или экзарация (выпахивание). Однако твердость льда явно недостаточна для разрушения большинства горных пород. Ледниковая эрозия в значительной степени обусловлена наличием обломков горных пород, вмерзших в лед, которые и являются главным инструментом разрушения.
При движении льда образуются глубокие борозды, исцарапанные, исштрихованные валуны, выровненные, выположенные формы рельефа. Округлые асимметричные блоки со следами ледниковой эрозии называются бараньими лбами, а их скопления образуют ландшафт курчавых скал. Долина, по которой движется ледниковый язык с вмерзшими в лед обломками пород, приобретает корытообразную форму с плоским дном и крутыми боковыми стенками. Такая сформированная языком ледника долина называется трогом. Завершается она некоторым повышением коренных скальных пород, ограничивающих движение ледника и называемых ригелем. Обломочный материал, образующийся в результате деятельности ледников, получил название «морены». Темноокрашенные обломки пород, составляющие морену, хорошо нагреваются солнцем, способствуют плавлению льда и постепенно погружаются в него. Светлоокрашенные морены, наоборот, отражают солнечный свет и образуют грибообразные, воздымающиеся над поверхностью льда формы. В результате поверхность ледника приобретает довольно сложный рельеф, обусловленный неравномерным нагревом и таянием отдельных его участков.
|
|
|
По своему состоянию морены подразделяются на движущиеся и неподвижные. Первые движутся вместе со льдом, а вторые представляют собой обломочный материал, оставшийся на месте после таяния ледника. Неподвижные морены разделяются на конечные и основные. Неподвижная морена, образовавшаяся у нижней границы ледникового языка, называется конечной, или фронтальной.
Основная морена — это отложения, оставшиеся после таяния ледника на всем протяжении троговой долины. В отличие от конечной основная морена образуется при постепенном непрерывном отступании ледника, когда граница ледникового языка не фиксируется надолго в определенном положении. Характерной особенностью отложений конечной и основной морен является отсутствие сортировки обломочного материала.
Среди движущихся морен различают поверхностные, внутренние и донные.
Поверхностные морены, в свою очередь, делятся на боковые и срединные. Поверхностные боковые морены обычно образованы обломками горных пород, обрушившихся на поверхность ледника со склонов троговой долины. При слиянии двух ледников из смежных долин боковые морены каждого ледника сливаются и дают начало поверхностной срединной морене.
Обломочный материал, находящийся на поверхности ледника, может проникнуть в трещины или быть перекрытым новыми порциями снега. Обломки горных пород, заключенные внутри тела ледника, образуют внутреннюю морену, которая также может быть срединной либо боковой.
Обломки, вмерзшие в подошву ледника, составляют донную морену. Они не только усиливают эрозионную деятельность, но и создают специфическую форму ледниковой эрозии: исштрихованные валуны и глубокие борозды в ложе ледника – ледниковые шрамы.
С деятельностью ледников связаны также флювиогляциальные отложения. Это отложения водных потоков, образующихся при таянии ледников. Такие водные потоки, как правило, размывают морену и выносят за пределы тающего ледника образующийся обломочный материал. При этом вблизи границы ледника откладывается грубообломочный материал, далее — более мелкий, песчаный и затем глинистый. Таким образом, флювиогляциальные отложения в отличие от моренных характеризуются сравнительной отсортированностью и слоистостью и в этом отношении близки к речным. Однако по сравнению с речными флювиогляциальные отложения намного хуже окатаны, так как являются составной частью перемытой морены и переносятся водным потоком на незначительные расстояния.
Оледенения
Анализ геологической истории Земли показывает, что различные участки современных континентов в определенное время находились под мощным ледниковым покровом. Детальное изучение ледниковых отложений позволило установить важнейшее свойство оледенений земной коры — их периодичность. Периоды оледенений в геологической истории Земли сменялись межледниковыми эпохами. Практически все континенты нашей планеты в разное время в значительной степени (или даже целиком) покрывались мощными ледниками.
Изучение изотопного состава кислорода в разрезе льда Гренландии показывает, что последнее по времени оледенение земной коры произошло 10—50 тыс. лет тому назад. На протяжении последних 400 тыс. лет установлено не менее пяти понижений температуры на 6—8°С, которые, по-видимому, соответствуют периодам оледенения земной коры.
Существует ряд гипотез, с помощью которых пытаются объяснить причины оледенений поверхности Земли. Однако однозначного ответа ни одна из них не дает, так как факторов, вызывающих периодические оледенения, много и выявлены они далеко не все. Ясно лишь, что оледенения связаны с глобальными изменениями климата. Изученные к настоящему времени факторы можно подразделить на астрономические и геологические.
|
|
|
К главнейшим астрономическим факторам следует отнести периодические изменения в планетарном движении Земли, такие, как вариации эксцентриситета земной орбиты и угла наклона земной оси к плоскости эклиптики. Наиболее мощным фактором, вызывающим изменения климата, являются вариаций удаления Земли от Солнца, сопровождающие изменение эксцентриситета земной орбиты. Периоды снижения эксцентриситета (минимальной эллиптичности) орбиты, по-видимому, соответствуют периодам «великих» оледенений. Изменение угла наклона и прецессия земной оси также могут привести к существенному изменению положения климатических зон и оледенению отдельных частей континентов, однако эти изменения, по-видимому, имеют меньший масштаб.
Еще одним вероятным фактором, способным вызвать глобальные изменения климата, некоторые ученые считают вариации излучения Солнца, связанные с неравномерным перемешиванием плазмы и периодической активизацией работы солнечного «реактора».
Перечисленные астрономические факторы, действуя раздельно или одновременно, могут привести к значительному понижению или повышению среднегодовой температуры на том или ином участке или на поверхности планеты в целом. Если температура вследствие указанных причин понизится, может произойти оледенение земной коры, при повышении среднегодовой температуры, наоборот, может наступить межледниковая эпоха. Глобальные оледенения могут быть связаны также с изменениями в составе атмосферы и с тектоническими факторами.
В геологической истории Земли отмечена несомненная связь периодов оледенения с эпохами горообразования. Оледенение земной коры обычно наступало после эпох горообразования, сопровождающихся активной вулканической деятельностью. При этом в атмосферу Земли выбрасывалось огромное количество углекислоты, создающей не только парниковый эффект, но и благоприятные условия для развития живых, особенно растительных организмов. Интенсивное развитие лесов, бурный рост численности морских организмов, строящих скелет из кальцита, приводили к изъятию углекислоты из атмосферы и захоронению ее в виде известняка, угля, нефти и газа. Снижение содержания СО2 в атмосфере служит одним из главных геологических факторов, обусловливающих периодические похолодания и глобальные изменения климата.
|
|
|
Ряд других геологических факторов также приводит к изменениям климата, проявляющимся, однако, в относительно меньших масштабах. При тектонических движениях возможны перемещения континентов из одних климатических зон в другие; воздымание отдельных участков земной коры сопровождается понижением среднегодовой температуры (каждые 200 м на 1 °С). Изменения климата, вызванные тектоническими факторами, также могут привести к оледенениям земной коры, охватывающим крупные области или даже целые континенты.
Поскольку все эти факторы действовали одновременно, то при суммировании их разнонаправленных влияний возникали непериодические изменения температуры, обусловливавшие чередование ледниковых и межледниковых эпох. В течение четвертичного периода в Западной Европе выделено четыре эпохи оледенения – гюнцская, миндельская, рисская и вюрмская. Наиболее крупным по площади было рисское оледенение.
Изучение разреза четвертичных отложений европейской части СССР позволило выделить здесь три последние эпохи оледенения: валдайскую (Qз), днепровскую (Qз) и лихвинскую (Q1). В результате изучения распространения конечных морен установлены границы каждого оледенения, самым обширным из которых было днепровское. Необходимо учитывать, однако, что в масштабе геологического времени оледенения являются динамичным процессом. Так, в Восточной Европе наряду с главными эпохами оледенения выделяются и более кратковременные интервалы наступания и отступания материкового ледника. А в целом, используя геологические данные, удалось установить, что в последний ледниковый период ледниковым покровом была охвачена третья часть суши (около 45 млн. км2), втрое большая, чем занятая ледниками в настоящее время. В этот период 60 % площади Северной Америки и 25 % площади Евразии были покрыты мощным ледниковым покровом.
Естественно, что периоды глобального похолодания и потепления на планете, сопровождающиеся переходом в твердое состояние огромных объемов воды, приводили к резким, получившим название эвстатических, колебаниям уровня вод Мирового океана. Так, в периоды оледенений отмечались понижения этого уровня на 50—100 м ниже современного. В такие периоды существенно изменялась география континентов — в одних районах они покрывались мощным ледниковым покровом, а в других площадь суши увеличивалась за счет понижения уровня моря. Геологам удается проследить на дне современных морей даже русла рек, протекавших здесь в ледниковые эпохи, эпохи отступания моря.
Геологическая деятельность морей и океанов
Вся совокупность водных пространств океанов и морей, занимающих 361 млн. км, или 70,8% поверхности Земли, называется Мировым океаном или океаносферой. Мировой океан включает четыре океана: Тихий, Индийский, Атлантический, Северный Ледовитый, все окраинные (Берингово, Охотское, Японское и др.) и внутриконтинентальные моря (Средиземное, Черное, Балтийское и др.). Особенностью океаносферы является единство и взаимосвязь между отдельными частями - океанами и морями. Окраинные моря, будучи отделены от океанов только отдельными островами или подводными возвышенностями, характеризуются относительно свободным водообменом с океанами. Внутриконтинентальные моря, окруженные материковой сушей, имеют связь с океанами через относительно узкие проливы, что вызывает изменения в динамике, составе вод и в других показателях.
Основные особенности
подводного рельефа океанов и морей
В рельефе дна океанов и морей проявляется взаимодействие эндогенных и экзогенных процессов в различных структурных зонах. Выделяются следующие планетарные формы рельефа: подводная окраина материков, ложе океана, глубоководные желоба и срединно-океанические хребты. В состав подводной окраины материков входят: шельф, материковый, или континентальный, склон и материковое подножье. Шельф (материковая отмель) представляет собой подводную слегка наклонную равнину. Со стороны океана шельф ограничивается четко выраженной бровкой, расположенной до глубин 100-130-200 м, но в некоторых случаях погруженной до 300 м и более.
Материковый, или континентальный, склон протягивается от бровки шельфа до глубин 2,0-2,5 км, а местами до 3 км. Уклон его поверхности составляет в среднем 3-5o, но местами достигает 25 и даже 40o и более.
Характер рельефа материкового склона в ряде случаев отличается значительной сложностью. В нем наблюдается ступенчатость профиля - чередование уступов с субгоризонтальными ступенями, что, по-видимому, связано с разрывными тектоническими нарушениями. Второй особенностью материкового склона является система рассекающих его поперечных подводных каньонов, заложение части которых, возможно, также связано с тектоническими движениями или с эрозионной деятельностью мутьевых потоков, некоторые же представляют подводное продолжение речных долин (р. Гудзон, Конго и др.).
Материковое подножье выделяется в качестве промежуточного элемента рельефа между материковым склоном и ложем океана и протягивается до глубин 3,5 км и более. Оно представляет собой наклонную холмистую равнину, окаймляющую основание материкового склона и местами характеризующуюся осадками большой мощности за счет выноса материала мутьевыми потоками и периодически возникающими крупными оползнями.
Ложе Мирового океана представлено обычно плоскими или холмистыми равнинами, расположенными на глубине 3500-6000 м. Они осложнены мелкими и крупными отдельными возвышенностями и подводными горами до больших вулканических построек типа Гавайских островов. В Тихом океане особенно много подводных вулканических гор и, в частности, своеобразных плосковершинных гор различной размерности, называемых гайотами. Вершины некоторых гайотов, по данным А. Аллисона, достигают в ширину свыше 60 км и в длину 280 км. Большинство исследователей считают, что гайоты представляют собой вулканические горы, которые в прошлом подвергались интенсивной волновой абразии (лат. "абрадо" - брею, соскабливаю), о чем свидетельствует наличие на их срезанных вершинах скатанной волнами крупной гальки и остатков мелководной фауны. Вершины гайотов располагаются сейчас на глубинах 1000-2000 м, что, по-видимому, связано с тектоническим опусканием океанического дна. Аналогичная картина опускания подтверждается и данными бурения на атоллах, где породы коралловых рифов встречены на глубинах 1200-1400 м при нормальном жизненном развитии кораллов до 50-60 м.
Глубоководные желоба особенно широко развиты в Тихом океане. В его западной части они образуют почти непрерывную цепь, протягивающуюся вдоль островных дуг от Алеутских, Курило-Камчатских до Новой Зеландии и разветвляющуюся в пределах Филиппинско-Марианского расширения. Вдоль восточного побережья располагаются Перуанско-Чилийский и Центрально-Американский глубоководные желоба, сопряженные с Андским поясом молодых кайнозойских горных сооружений. В Индийском океане желоба приурочены главным образом к морям островного Индонезийского архипелага, в Атлантическом - к островным дугам, окаймляющим Карибское море. Глубина желобов от 7000 до 11 000 м. Наибольшая глубина у Марианского желоба 11 034 м.
Срединно-океанские хребты образуют единую глобальную систему общей протяженностью свыше 60 000 км. Вдоль осевой части Срединно-Атлантического и Индийского хребтов протягивается крупная депрессия - долинообразное понижение, ограниченное глубинными разломами и названное рифтовой долиной или рифтом (англ. "рифт" - расселина, ущелье). Дно рифтов опущено до глубин 3,5-4,0 км, а окаймляющие хребты находятся на глубинах 1,5-2,0 км. Срединно-океанские хребты пересечены многочисленными трансформными (поперечными) разломами с вертикальным смещением до 3-5 км. Они смещают в горизонтальном направлении части осевых рифтов иногда на первые сотни километров. Срединно-океанские хребты отличаются интенсивной сейсмичностью, высоким тепловым потоком и вулканизмом.
Среди подводных континентальных окраин по особенностям рельефа и тектонической активности выделяются три типа переходных зон от континента к океанам.
1. Атлантический (пассивный) тип, характерный для северной и южной Атлантики, Северного Ледовитого океана и значительной части Индийского. Здесь четко выражена спокойная переходная подводная окраина: континент® шельф® континентальный склон® континентальное подножье® ложе океана.
2. Западно-Тихоокеанский (активный) тип, где наблюдается иной переход: континент® впадины окраинных морей (Охотское, Японское и др.) ® островные дуги (Курильская, Японская и др.) ® глубоководные желоба® ложе океана. Для этого типа характерна высокая тектоническая активность, проявляющаяся в интенсивных вулканических извержениях, землетрясениях и движениях земной коры.
3. Андский (активный) тип, характерный для восточного и юго-восточного побережья Тихого океана, где переход от молодых горных сооружений Анд к ложу океана осуществляется непосредственно через Перуанско-Чилийский желоб. Здесь также проявляются активные эндогенные процессы. В зависимости от того или иного типа переходных зон изменяется строение земной коры.
Среди окраинных и внутриконтинентальных морей выделяют плоские моря, глубины которых близки к глубинам шельфа. Их называют эпиконтинентальными. К ним относятся Баренцево, Карское, Северное, Балтийское и другие моря, представляющие собой опущенные под воду участки суши. Другим типом являются котловинные окраинные и внутриконтинентальные моря (Охотское, Японское, Черное, Средиземное и др.), приуроченные к тектонически активным зонам. В них развиты шельф, континентальный склон и, главное, глубокие котловины-впадины (от 2000 до 4000-4500 м).
Контрольные вопросы:
1. Что такое выветривание?
2. Какие существуют виды экзогенных процессов?
3. Перечислите факторы выветривания.
4. Какие выделяют типы окраин?
5. Нарисуйте подводный профиль океанической окраины.
6. Почему происходят оледенения на Земле?
7. Что такое подземные воды?
8. Расскажите о геологической деятельности морей и океанов.
9. Какова роль речной деятельности?
Тема 7.
Человек – геологическая сила
«Человеческий разум... не является формой энергии,
а производит действия, как будто ей отвечающие».
В.И. Вернадский
«Мы живем на повороте в удивительную эпоху истории человечества». С этих слов начинаются знаменитые «Очерки геохимии» - основополагающий курс лекций прочитанный В.И. Вернадским в 1923 -1924 гг. в Сорбонне в Парижском университете. И несколько далее: «никогда в истории человеческой мысли идеи и чувства единого целого, причинной связи всех научно наблюдаемых явлений не имели той глубины, остроты и ясности, какой они достигают сейчас в ХХ столетии». Пожалуй, в этих словах в наиболее сконцентрированном виде содержится ядро методологии В.И. Вернадского. Отсюда последовательно и систематично шаг за шагом развиваются все его исследования, приведшие к созданию биогеохимии, учения о биосфере и ее закономерному переходу в ноосферу.
Корни. «Корни всякого открытия лежат далеко в глубине и, как волны бьются с разбега о берег, много раз плещется человеческая мысль около подготовляемого открытия, пока придет девятый вал.Корни учения о биосфере и ее переходе в ноосферу лежат а геохимии и биогеохимии. Принято считать, что В.И. Вернадский является одним из основоположников современной геохимии. Это действительно так, но с небольшим уточнением. Геохимия, в понимании В.И. Вернадского и геохимия европейских исследователей (В.М. Гольдшмит и др.) далеко не одно и тоже. Геохимия Гольдшмита, проложившая дорогу кристаллохимии, лежит скорее в области физических наук. Геохимия Вернадского несравненно шире и глубже. Она объединила на количественном уровне учения о косной и живой природе планеты, а затем наметила пути и к социальным аспектам развития биосферы. Как же Вернадский пришел к своей геохимии?
Во всех своих исследованиях он всегда стремился опираться на эмпирические факты и точное знание. Это требовало количественного подхода к изучаемым явлениям, требовало числа и меры. В то же время, как естествоиспытатель широкого плана, он не мог ограничиться какой-то одной узкой областью знания. Но как найти общую меру, одинаково пригодную для большого и малого; для земного и космического; живого и косного? Сопоставление масс не дает нужного ответа. Форма может быть одинакова у самых разных, достаточно далеких друг от друга объектов (облако и опухоль). Ответ дало глубокое изучение химии минералов. «В каждой капле и пылинке вещества на земной поверхности по мере увеличения тонкости наших исследований мы открываем все новые и новые элементы. В песчинке или капле, как в микромире отражается общий состав космоса».
Итак, все элементы есть везде, но в разных количествах. И это не игра случая, а закон природы. «Каково бы не было объяснение этого явления, схема рассеяния элементов очень удобна для классификации фактов». Найденная мера оказалась применимой для любых природных объектов, в том числе и живых. Элементарный химический состав организмов настолько закономерен, что может служить одним из видовых признаков.
Так родилась геохимия – наука об истории элементов земной коры.
Учение о биосфере. Новая наука не только дала ключ к пониманию процессов химического преобразования неживых тел земной коры, но и проложила путь к пониманию естественных связей между живым и косным веществом планеты. Ученый глубокого синтетического мышления, В.И. Вернадский, идя от изучения косной природы к живому веществу, включил в сферу научного изучения биокосные системы, обосновал становление биогеохимии, рассматривающей обмен вещества между живыми и косными объектами природы, а затем подошел к целостному пониманию Биосферы – как области существования и активной деятельности живого вещества.
Это уже было ново и непривычно. Традиционно физики, химики и биологи работали каждый в своей области. Но для геолога это открывало новые связи, влияние косного вещества на развитие жизни и роль живых организмов в формировании осадочной оболочки планеты.
Не случайно эпиграфом к своей фундаментальной работе «Биосфера» Вернадский взял слова Ф. Тютчева:
«Невозмутимый строй во всем,
Созвучье полное в природе».
Но гениальный прорыв далеко не сразу нашел свое признание. Разный подход к геохимическим проблемам оказался столь значим, что, в конечном счете, помешал созданию в конце 20-х годов единого международного геохимического журнала. Корнем разногласий явилась биогеохимическая проблематика. Представители физического направления делали упор на изоморфизм и кристаллохимию, считая, что живое вещество это задача биологических, а не геологических наук.
История рассудила этот спор, живое вещество не только определяет эволюцию осадочных пород земной коры, но и формирует химический состав всей гидросферы и атмосферы. Весь кислород атмосферы биогенного происхождения, а многие граниты «несут следы былых биосфер». В.И. Вернадский шел к этому результату долго, и последовательно, понимая, что «в науке нет до сих пор ясного сознания, что явления жизни и явления мертвой природы, взятые с геологической, т.е. планетной, точки зрения, являются проявлением единого процесса». Заложив краеугольные камни новой науки, он неоднократно подчеркивал, что «нужна еще большая работа» представителей разных направлений научного знания, нужен целостный подход к проблеме и одновременно тщательная, детальная проработка отдельных ее частей на надежной количественной основе. И, тем не менее, как подчеркивал его ученик К.П. Флоренский, именно отсюда начинается постановка «важнейшей проблемы во всей научной широте, свойственной только крупным ученым», прокладывается реальный путь к объединению наук о природе и наук о человеке.
Концепция ноосферы. Развивая учение о биосфере, Вернадский понял, что человек, активно осваивая естественные ресурсы Земли и, развивая внешнее тело цивилизации, постепенно становится геологической силой. Результаты его деятельности становятся соизмеримыми с геологическими силами, действующими на планете (табл. 5).
Таблица 5
Сопоставление антропогенной и геологической деятельности
| В природе, км3 | Деятельность человека, км3 |
| Среднегодовое извержение лав: | Среднегодовое перемещение материала человеком при освоении месторождений полезных ископаемых ~ 100 |
| На дне океанов ~ 50 | |
| На суше ~15 | |
| Снос с поверхности суши ~25 |
«Мы присутствуем и жизненно участвуем в создании в биосфере нового геологического фактора, небывалого еще в ней по своей мощности», - писал В.И. Вернадский.
Если же говорить о локальных изменениях, то результаты техногенного воздействия могут даже превосходить те изменения, которые совершаются в естественном круговороте вещества. Это хорошо видно если сопоставить механические перемещения вещества в Курило Камчатской гряде, происходящие под влиянием эндогенных процессов, с массами горных пород перемещенных при разработке месторождений Кривого Рога (табл. 6).
Таблица 6
Сопоставление локальных естественных и техногенных перемещений вещества
| Курильские острова | Кривой Рог |
| 1200 км, | 75 км |
| 32 вулкана | 7 карьеров, 8 подземных рудников |
| С 1930 по 1963 годы извергнуто 2,6 км3 материала | С 1953 по 1991 годы извлечено не менее 2,2 км3 горных пород |
| Среднегодовой показатель – 0,06 км3/год | Среднегодовой показатель – 0,08 км3/год |
Редчайший в природе минерал – самородное железо – человек синтезирует в огромных количествах, насыщая им поверхность нашей планеты. Он концентрирует радиоактивные элементы, рассеянные в природе в локальных объемах, создавая мощные, отсутствующие в природе, источники излучения. Более того, он синтезирует новые радиоактивные техногенные изотопы, не существующие в естественной обстановке. Химические производства создают массы новых соединений, меняющих химический облик биосферы.
«Основной геологической силой, создающей ноосферу, – писал Вернадский - является рост научного знания». Таким образом «Наука есть проявление организованности ноосферы». А сама ноосфера - это биосфера, организованная цивилизацией.
Большое видится на расстоянии. В процессе становления нового учения особое значение приобретает своеобразие подхода к одной проблеме ученых разных направлений, видящих ее с разных сторон. В.И. Вернадский и Л.Н. Гумилев - естествоиспытатель и этнограф. Каждый из них, работая в своей области изучения природных явлений, не только понял кардинальное значение глубокого исследования проблем ноосферы для устойчивого развития цивилизации в XXI веке, но и внес свой вклад в их решение.
Исследуя с геохимических позиций количественные закономерности развития биосферы нашей планеты, Вернадский показал, что постепенное усиление влияния человеческого фактора на биокосные системы есть закономерное явление в развитии биосферы.
Л.Н. Гумилев писал: «этнос не случайное сборище людей, а явление развития географической оболочки планеты Земля, совершающее на ней перестройки, сопоставимые с геологическими переворотами малого масштаба». «Благодаря соединению геобиохимии и системологии с исторической географией становится понятной причинная связь между биохимической энергией живого вещества биосферы и отдельными системами - от микроорганизма до суперэтноса».
Таким образом, идя с разных сторон, оба ученых пришли к одному и тому же выводу: продукты человеческого разума, выраженные в росте внешнего тела цивилизации, не безразличны для развития биосферы.
В последние годы к аналогичным выводам приходит все больше и больше представителей других научных дисциплин: математики – Н.Н. Моисеев, экономисты – Л. Ларуш, медики – В.П. Казначеев, философы – А.Д. Урсул и многие другие. Все дороги ведут в Рим, все пути к устойчивому развитию – через концепцию ноосферы.
Сила и разум. Один из центральных вопросов изучения ноосферы - энергия совершающихся здесь процессов. Любые изменения вещества, начиная от простого пространственного перемещения и до сложных биохимических реакций, всегда сопровождаются изменением энергетического состояния системы, конверсией энергии между системой и внешней средой или внутри самой системы. Для больших изменений нужны большие энергетические потоки (табл. 7).
Таблица 7
Энергетические потоки в биосфере (по Ф.Я. Шипунову)
| Поступление в биосферу | Излучение биосферы | ||
| Космическая энергия, поступающая на Землю | ~2,3·105 эрг/см2·сек | Энергия, излучаемая Землёй | ~2,3·105 эрг/см2·сек |
| Эндогенная энергия | n·102 эрг/см2·сек | ||
| Энергия, поглощаемая живым веществом | (4-6) ·102 эрг/см2·сек | ||
| Техногенное тепло | (1,5 - 2) . эрг/см2 . сек |
Основной трансформатор солнечной энергии – живое вещество, усваивающее ~(4-6) . 102 эрг/см2 . сек
«Система работает на биохимической энергии, - подчеркивал Л.Н. Гумилев - адсорбируя (поглощая) ее из окружающей среды и выдавая излишек в виде работы (в физическом смысле)». «При умственной работе...- писал В.И. Вернадский в своих черновых материалах «Мысли и наброски» - идет только перераспределение, а не увеличение работы».
И действительно. Энергия реки не меняется, когда мы построим плотину, пустим воду на лопасти турбины, получим электрический ток и передадим его по проводам. Подчиняясь мысли, легкое нажатие на курок освобождает запас энергии, сосредоточенный в пороховом заряде. Информация, сосредоточенная на одной части земного шара без проводов передается во все другие точки.
Подобных примеров бесчисленное множество. Они показывают, что мощность цивилизации в наше время зависит не столько от количества и вида энергии, сколько от:
А - структурной организованности системы;
Б - развитости ее информационных полей;
В - мобильности связей между ними.
«Развитие мысли в ходе времени неизбежно представляется такой же частью изменения природы во времени, какой является эволюция химических элементов, космических тел, животных и растительных форм – утверждал В.И. Вернадский. - Это - процесс, ничем не отличающийся от других естественных процессов».
Неотложные задачи. На рубеже веков человечество переходит от идеи покорения Природы к политике Рационального природопользования. Для этого мы обязаны согласовать свои действия с естественными законами природы, многие из которых нам предстоит еще выяснить. Это задача всех наук и естественных и технических, и гуманитарных, равно как и органов власти.
Проблема превращения промышленных отходов в новые сырьевые ресурсы (превратить техногенные помойки в техногенные месторождения) не может быть решена ни одними экологами, ни одними технологами. Задача захоронения промышленных отходов не решаема без учета законов миграции, рассеяния и концентрации элементов в самой природе.
Любое природное месторождение полезных ископаемых представляет собой локальную аномальную концентрацию отдельных элементов. Эти скопления сохраняются в естественных условиях сотни миллионов лет, не причиняя никакого вреда окружающей среде. Их можно рассматривать и как природные «кладовые», накопившие полезные для нас компоненты, и как «депо» на пути естественной миграции элементов, и как природные «помойки», куда сброшены элементы избыточные для «окружающей среды». Понять природные геохимические циклы и согласовать с ними свои действия – неотложная задача выхода из кризисных ситуаций. Есть наука бионика, вероятно нужна и геоника.
Даже чисто техническая сторона современных экологических проблем не может быть решена без учета геологии, геохимии и биогеохимии конкретных территорий. При этом, как отмечал В.И. Вернадский, «Проблемы, которые его [исследователя] занимают, все чаще не укладываются в рамки отдельной, определенной, сложившейся науки. Мы специализируемся не по наукам, а по проблемам».
Дальнейшее развитие науки и техники без широкой поддержки образовательных и просветительских программ не может дать ощутимых результатов. Решение многих, чисто прикладных вопросов упирается не только в технические, но и в психологические трудности. Их преодоление требует объединения научного, инженерного и гуманитарного знания. Одно развитие науки и техники без широкой поддержки образовательных и просветительских программ не может дать ощутимых результатов.
В одном из своих последних писем сыну ГеоргиюВ.И. Вернадский писал: «Я очень рад, что ты очень ярко и просто выразил мою мысль о ноосфере, как синтезе природного и исторического процессов». А Л.Н. Гумилев подчеркивал, что развитие ноосферы «это и есть постоянное взаимодействие истории природы и истории людей».
Контрольные вопросы:
1. Что такое ноосфера?
2. Почему человеческая деятельность стала геологической силой?
3. В чём проявились новаторские идеи В.И. Вернадского?
Тема 8.
Факторы почвообразования
К факторам почвообразования относятся: почвообразующие породы, растительные и животные организмы, климат, рельеф, возраст, вода (почвенная и грунтовая), хозяйственная деятельность человека.
Почвообразующие породы
Почвообразующие породы — субстрат, на котором образуются почвы; они состоят из различных минеральных компонентов, в той или иной степени участвующих в почвообразовании. Минеральное вещество составляет 60-90% всего веса почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почвы — водный и тепловой ее режимы, скорость передвижения веществ в почве, минералогический и химический состав, первоначальное содержание элементов питания для растений.
От характера материнских пород в большой мере зависит и тип почв. Например, в условиях лесной зоны, как правило, формируются почвы подзолистого типа. Если в пределах этой зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов калия, формируются почвы подзолистого типа. Если в пределах этой зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов кальция, формируются почвы, значительно отличающиеся от подзолистых.
Растительность
Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Основная роль при этом принадлежит растительности. Зеленые растения являются практически единственными создателями первичных органических веществ. Поглощая из атмосферы углекислый газ, из почвы — воду и минеральные вещества, используя энергию солнечного света, они создают сложные органические соединения, богатые энергией. Наибольшее количество органических веществ дают лесные сообщества, особенно в условиях влажных тропиков. Меньше органического вещества создается в условиях тундры, пустынь, болотистой местности и т.п.
В процессе отмирания как целых растений, так и отдельных их частей органические вещества поступают в почву (корневой и наземный спад). Количество годового спада колеблется в значительных пределах: во влажных тропических лесах он достигает 250 ц/га, в арктических тундрах — менее 10 ц/га, а в пустынях — 5—6 ц/га. На поверхности почвы органическое вещество под воздействием животных, бактерий, грибов, а также физических и химических агентов разлагается с образованием почвенного гумуса. Зольные вещества пополняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал образует так называемую лесную подстилку (в лесах) или войлок (в степях и лугах). Эти образования оказывают влияние на газообмен почвы, проницаемость осадков, на тепловой режим верхнего слоя почвы, почвенную фауну и жизнедеятельность микроорганизмов.
Растительность оказывает влияние на структуру и характер органических веществ почвы, ее влажность. Степень и характер влияния растительности как почвообразующего фактора зависит от видового состава растений, густоты их стояния, химизма и многих других факторов.
Животные организмы
Основная функция животных организмов в почве — преобразование органических веществ. В почвообразовании принимают участие как почвенные, так и наземные животные. В почвенной среде животные представлены главным образом беспозвоночными и простейшими. Некоторое значение имеют также позвоночные (например, кроты и др.), постоянно живущие в почве. Почвенные животные делятся на две группы: биофагов, питающихся живыми организмами или тканями животных организмов, и сапрофагов, использующих в пищу органическое вещество. Главную массу почвенных животных составляют сапрофаги (нематоды, дождевые черви и др.). На 1 га почвы приходится более 1 млн. простейших, на 1 м — десятки червей, нематод и других сапрофагов. Огромная масса сапрофагов, поедая мертвые растительные остатки, выбрасывает в почву экскременты. Согласно подсчетам Ч. Дарвина, почвенная масса в течение нескольких лет полностью проходит через пищеварительный тракт червей. Сапрофаги влияют на формирование почвенного профиля, содержание гумуса, структуру почвы.
Самыми многочисленными представителями наземного животного мира, участвующими в почвообразовании, являются мелкие грызуны (мыши-полевки и др.).
Растительные и животные остатки, попадая в почву, подвергаются сложным изменениям. Определенная их часть распадается до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации), другие переходят в новые сложные органические вещества самой почвы.
Микроорганизмы
Огромное значение в осуществлении этих процессов в почве имеют микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, низшие грибы, одноклеточные водоросли, вирусы и др.), весьма разнообразные как по своему составу, так и по биологической деятельности. Микроорганизмы в почве исчисляются миллиардами на 1 га. Они принимают участие в биотическом круговороте веществ, разлагают сложные органические и минеральные вещества на более простые. Последние утилизируются как самими микроорганизмами, так и высшими растениями. Органическое вещество почвы, образовавшееся в ней при разной степени разложения растительных и животных остатков, получило название гумус или перегной.
Климат
К числу важнейших факторов почвообразования относится климат. С ним связаны тепловой и водяной режимы почвы, от которых зависят биологические и физико-химические почвенные процессы. Под тепловым режимом понимают совокупность процессов теплообмена в системе «приземный слой воздуха — почва — почвообразующая порода». Тепловой режим обуславливает процессы переноса и аккумуляции тепла в почве. Характер теплового режима определяется главным образом соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии Солнца и теплового излучения почвы. Он зависит от окраски почвы, характера поверхности, теплоемкости, влажности и других факторов. Заметное влияние на тепловой режим почвы оказывает растительность.
Водный режим
Водный режим почвы в основном определяется количеством атмосферных осадков и испаряемостью, распределением осадков в течение года, их формой (при ливневых дождях вода не успевает проникнуть в почву, стекает в виде поверхностного стока).
Климатические условия
Климатические условия оказывают косвенное влияние и на такие факторы почвообразования, как почвообразующие породы, растительный и животный мир и др. С климатом связано распространение основных типов почв.
Рельеф
Рельеф — один из факторов перераспределения по земной поверхности тепла и воды. С изменением высоты местности меняются водный и тепловой режимы почвы. Рельефом обусловлена поясность почвенного покрова в горах. С особенностями рельефа связан характер влияния на почву грунтовых, талых и дождевых вод, миграция водорастворимых веществ.
Время
К числу факторов почвообразования относится время — необходимое условие для любого процесса в природе. Абсолютный возраст почв Восточно-европейской равнины, Западной Сибири, Северной Америки и Западной Европы, определенный радиоуглеродным методом, — от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Наконец, существенным фактором почвообразования, особенно в последнее время, является хозяйственная деятельность человека.
Почвенный профиль
Почвенный профиль, вертикальный разрез почв от поверхности до материнской породы, состоящий из сформировавшихся в процессе почвообразования, генетически взаимосвязанных почвенных горизонтов и подгоризонтов. Мощность П. п. от нескольких десятков см до нескольких м. Выделяют естественный П. п. и в разной степени измененные деятельностью человека (освоенные, окультуренные, мелиорированные, культурные, преобразованные и др.). Различия в строении П. п., составе и свойствах его горизонтов — основа классификации почв. Каждый из почвенных типов, подтипов, родов и видов характеризуется определённым строением П. п., который отражает происходящие в почве процессы. Поэтому анализ П. п. (сравнение состава и свойств горизонтов почвы) является основным методом, применяемым для изучения генезиса и плодородия почв, разработки приёмов их улучшения, а также составления почвенных карт и др.
Типы строения
Под строением профиля понимается характер и последовательная смена генетически связанных горизонтов, слагающих почву.
