Тема 8.
Взаимодействие геосфер в истории земли
![]() |
Основные закономерности развития ГО |
![]() |
Добиогенное развитие ГО |
![]() |
Биогенный этап развития ГО |
![]() |
Антропогенное развитие ГО |
![]() |
Вопросы для самостоятельной работы |
Основные закономерности развития ГО
Сравнение разновременных состояний географической оболочки позволяет установить, что она испытывает направленные, необратимые изменения, которые последовательно - плавно или скачкообразно - приводят к усложнению её структуры, увеличению разнообразия и сложности географических явлений и процессов. Эти направления, восходящие от простого к сложному называют развитием.
Развитие географической оболочки - сложный и противоречивый процесс, в результате которого количественные изменения приводят к качественным скачкам. Новое возникает вместо старого и на месте старого. Появляются атмосфера, гидросфера, литосфера, биосфера (как новые качественные структуры); материковая кора возникает из океанической и т. п. Развитие вещества Земли восходит к ранним этапам формирования Вселенной. Вот почему трудно определить начала эволюции Земли, а также литосферы, атмосферы, гидросферы.
Энергетической основой всех изменений в географической оболочке является взаимодействие внешней (солнечной) и внутриземной энергий, которые организуют все закономерности явлений и процессов в географической оболочки. Географическая оболочка - это ступень развития Земли, следующая за планетогенной стадией. Географический уровень организации систем стал предпосылкой возникновения и развития жизни, в том числе и в её высших, социальных формах.
По А.П. Виноградову, возраст Земли оценивается в 4.6 млрд. О наиболее древних этапах развития Земли сведений немного. Последующие события уничтожили большую часть информации, запечатленную в пластах горных пород.
1. Известно, что во время своего образования, 5-7 млрд. лет тому назад, Земля формировалась из холодного газово-пылевого облака, вращающегося в плоскости солнечного экватора.
2. По мере формирования планеты происходил её постепенный разогрев. Первоначально Земля разогревалась за счёт увеличения своей массы при выпадении метеоритного вещества из газово-пылевого облака. Температура вещества Земли увеличивалась ввиду увеличения плотности и давления в её недрах. С течением времени основное значение приобрёл радиоактивный разогрев. Согласно В.Г.Ферсману, в то время на Земле радиоактивных элементов было больше, чем сейчас: тория на 1/4, урана 238 в 3 раза; существовали также трансурановые элементы - плутоний и кюрий, сейчас встречающиеся в небольших количествах. Концентрации таких элементов вместе со свободно проникающими солнечными излучениями (атмосферы тогда не было) могли создавать наведённый радиационный фон, обеспечивающий условия для цепных ядерных реакций, атомных и термоядерных взрывов, поскольку из недр планеты поступал свободный водород. По-видимому, в криптозое, в начале геологической истории, наблюдался интенсивный вулканизм, который привёл к образованию первичной земной коры, гидросферы и атмосферы.
3. Плавление вещества, вероятно, происходило внутри Земли. Из-за постоянной потери тепла через поверхность и недостатка радиогенного тепла полного расплавления Земли не произошло.
По А.П. Виноградову, зонная плавка, когда зона расплава перемещалась из недр к поверхности, вызвала дегазацию вещества Земли. При движении расплавленной зоны вверх происходила дифференциация вещества на тугоплавкую и легкоплавкую фракции.
Легкоплавкие вещества (Н2О, H2S, HCl, HF, NH3) и некоторые другие газы образовали первичную атмосферу, щелочные и щелочноземельные элементы - первичную земную кору.
Тугоплавкие элементы (Fe, Mg, Ni, Co, Cr) смещались вниз и выкристаллизовывались. Некоторые тугоплавкие соединения не расплавлялись вообще. Эти процессы перекристаллизации происходили неоднократно. Так образовались мантия и ядро. Процесс гравитационной и физико-химической дифференциации вещества Земли не закончен и в настоящее время.
В начале развития зонной плавки вещества Земли процессы выплавления и дегазации охватывали, вероятно, всю её поверхность, которая была однообразно голой. Однообразие ландшафта нарушалось бесчисленным количеством действующих вулканов, чьи выбросы были незаметны, поскольку свободного кислорода не было совсем и, следовательно, не было процессов окисления и горения.
4. В результате процессов зонного выплавления вещества формировалась гидросфера. Вначале это были небольшие изолированные водоёмы, которые разрастались ввиду того, что содержание воды в базальтовом материале достигало 7%. Разрастающиеся озёра соединялись между собой и образовали громадное водное пространство. Выделяющиеся газы растворялись в водах и формировали солевой состав гидросферы. Хорошая растворимость солей, образующихся в воде и на дне водоёмов, привела к тому, что изначально океан возник как солёный бассейн. Пропорциональный выброс воды и дымов привёл к тому, что установилось динамическое равновесие между растворёнными соединениями гидросферы и породами литосферы. Солёность океанических вод была стабильной и, по-видимому, общая концентрация солей была близка к современной.
Одновременно с гидросферой формировалась атмосфера. Состав её отвечал составу вулканических газов, за вычетом тех, которые переходили в гидросферу или взаимодействовали с литосферой. В атмосфере преобладали пары воды, CO, CO2, CH4 и N. С увеличением объёма гидросферы увеличивалось содержание газов в атмосфере.
5. С момента, когда содержание паров воды и газов в атмосфере достигло определённого уровня, а вода разлилась на большей части земной поверхности, появились условия, благоприятствующие возникновению жизни. При воздействии ионизирующих излучений, действия электрических разрядов, ультрафиолетового облучения на смеси паров воды и газов, сходных с составом первичной атмосферы и гидросферы, могли возникнуть простейшие органические соединения, которые входят в состав биологических макромолекул. Были синтезированы аминокислоты, сахара и даже глицин и аланин, наиболее часто встречающиеся в белках.
Под влиянием жёстких излучений в первичной атмосфере и воде могли образовываться и разрушаться органические молекулы. Когда они попадали в водоёмы, у которых слой воды был достаточен, чтобы задержать губительные излучения, органические соединения могли сохраняться и даже накапливаться. Этот этап возникновения жизни называется этапом образования "первичного бульона", поскольку органические вещества могли служить материалом для создания первых организмов и необходимой питательной средой для них. Первоначально концентрация органического вещества могла быть незначительной.
6. В результате эволюции вещества: атмосферы, гидросферы, литосферы возникла современная природа земной поверхности.
Образование свободного кислорода связано с деятельностью автотрофных организмов, которые появились около 3 млрд. лет тому назад. Остатки этих организмов встречены в Южной Африке в толще древних пород, имеющей возраст около 3,2 млрд. лет. По форме и размерам эти органические образования напоминают современные нитчатые бактерии. В том же районе, но в более молодых породах (2,7 млрд. лет), также обнаружены водорослеподобные органические остатки.
Свободный кислород начал расходоваться на окисление атмосферных газов и горных пород. В середине протерозоя (около 1,2 млрд. лет назад) и в атмосфере, и в гидросфере происходил активный переход от восстановительных условий к окислительным. Аммиак окислялся до молекулярного азота. Метан и оксид углерода окислялись до диоксида углерода. Значительная часть CO2 уходила в морскую воду, другая его часть связывалась в процессе фотосинтеза. Шло окисление серы, сероводорода, двухвалентного железа и марганца.
С этого времени стали формироваться кислые коры выветривания. Среди пород того времени встречаются также известняки. Древнейшие из них имеют возраст 2,5 млрд. лет.
В процессе развития органического мира появились животные организмы, потребляющие кислород. Развитие организмов происходило в связи со всем комплексом изменений физико-географических условий. За всю историю Земли существовало примерно 500 млн. видов, а сейчас насчитывается около 2 млн. видов организмов. И.М.
Забелин считает, что можно выделить три основных этапа заселении организмами земной поверхности, три пространственные фазы эволюции.![]() |
К первой фазе - относят заселение прибрежных участков морей и океанов. |
![]() |
Во вторую фазу живые организмы, овладев фотосинтезом, заселили весь океан. |
![]() |
Третья фаза - это заселение поверхности материков. Именно здесь органическая эволюция достигла наивысшего уровня. |
![]() |
Дальнейшее увеличение кислорода в атмосфере привело к образованию озонового экрана, который позволил организмам сначала заселить поверхностные толщи воды, а затем выйти на сушу. |
С возникновения атмосферы, гидросферы и органического мира изменилась и эволюция земной коры. В процессе эволюции происходил процесс выветривания первичных вулканических пород, перенос вещества по земной поверхности, образование осадочных пород. Наиболее древние из них найдены на Балтийском щите и в Гренландии, где возраст бурых осадочных железняков оценивают в 3,8 млрд. лет.
Осадочные и магматические породы, попадая в условия погружающейся литосферы, испытывали метаморфизм. Возникли кварциты, гнейсы, сланцы. Началось образование гранитно-гнейсового слоя континентальной коры и формирование древних платформ. После возникновения жизни увеличилась доля органических пород (известняков, углей).
В общем виде большой геологический круговорот можно выразить следующим образом:
Магматизм - выветривание - снос - осадкообразование -
- заглубление - метаморфизм - магматизм.
Описанный круговорот незамкнутый, поскольку на протяжении геологической истории происходил рост массы осадочных и метаморфических пород. На протяжении геологических эпох земная кора подвергалась неоднократному воздействию вулканизма и складкообразования. С начала геологической истории эти эпохи длились 300-500 млн. лет. В фанерозое отрезки времени между эпохами складчатости и горообразования сократились до 50-150 млн. лет. Возможно, что это сокращение длительности эпох является кажущимся, поскольку отложения фанерозоя сохранились лучше, но большинство учёных считает, что возрастание частоты эпох магматизма и складкообразования - закономерное явление.
Под влиянием этих процессов происходили колебания климата, объёма вод в гидросфере, колебания ёмкости океанических впадин и высоты материков.На протяжении фанерозоя прослеживается увеличение площади суши, массы гидросферы, изменения климатических условий. Есть свидетельства неоднократного образования континентальных ледниковых щитов. Самое древнее оледенение относится к нижнему протерозою (свыше 2 млрд. лет назад).
Итак, по М.М. Кашмилову (1974), в истории развития жизни можно выделить следующие главные особенности:
Большие изменения в природе сформировали современный облик географической оболочки. В кайнозое (последние 68-67 млн. лет) в растительном мире полное господство перешло к покрытосеменным, в животном - к млекопитающим. В неогене-четвертичном периоде (последние 10 млн. лет) усилилась дифференциация физико-географических условий: появились полярные ледники, увеличились контрастность рельефа и сухость климата, понизились температуры внетропических широт, около ледников появились тундростепи, сформировались степные и пустынные зоны, возникла высотная поясность, альпийские и арктические растения.
Сложившаяся географическая оболочка - это система взаимодействующих процессов и явлений на земной поверхности, обладающая способностью саморазвития. Система ГО - живая система, обладающая самоорганизацией. В ходе развития она повышает уровень своей организации, увеличивая устойчивость к внешним воздействиям.
Самоорганизация системы ГО отличает её от систем физических, химических, приближает к классу биологических систем. Известно, что живые организмы, благодаря физиологической деятельности, способны к гомеостазу.
Гомеостаз - устранение или максимальное ограничение действия различных факторов внешней или внутренней среды, нарушающих относительное постоянство внутренней среды организма.
В настоящее время биологическая эволюция человека перестала быть главной. Ведущее значение приобрела социальная эволюция, связанная с развитием общественных отношений, техники, науки и культуры. В XX веке сила воздействия человека на природную среду стала сопоставимой с воздействием природных факторов. По В.И. Вернадскому, человек превратился в мощную геологическую силу.
На современном этапе развития ГО имеет качественно новые свойства, присущие ноосфере (сфере разума), когда перед людьми ставятся вопросы о перестройке биосферы в интересах человечества, как единого целого. Особое значение приобрела проблема охраны природы и рационального природопользования.
Охрана природы - общее обозначение системы мероприятий: социально-экономических, организационно-правовых, педагогических, гигиенических, ресурсовоспроизводящих и средовоспроизводящих, сохранения генофонда и невозобновимых ресурсов. Важнейшими принципами современной охраны природы является профилактика - создание малоотходных и безотходных технологий, расширение биологических форм борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур, комплексное использование невозобновимых ресурсов, а также повсеместность и территориальная дифференцированность и научная обоснованность.
Охрана природы тесно связана с природопользованием. Рациональное природопользование означает сохранение и приумножение природных ресурсов в процессе их интенсивного хозяйственного освоения. Рациональное природопользование предполагает разносторонний учёт географических факторов, который возможен с помощью мониторинга (лат. напоминает, предупреждает).
Мониторинг - это система наблюдения, контроля состояния территории с целью обоснованного использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.
Ин.П. Герасимов предложил различать три ступени мониторинга.
![]() |
На первой исходной ступени главное внимание уделяется наблюдению за состоянием окружающей среды и её влиянию на здоровье населения. На этой ступени используются показатели, отражающие реакцию человека: заболеваемость, смертность, рождаемость, продолжительность жизни. Эта ступень мониторинга опирается на систему наблюдательных постов и работу санитарно-гигиенических служб. |
![]() |
На второй ступени мониторинга основными объектами наблюдения и контроля являются территориальные природные и социально-экономические комплексы. На этой ступени существенны показатели массоэнергообмена, биопродуктивности, предельно допустимых величин загрязнения, способности геосистем к самоочищению. Здесь важны наблюдения на основе географических стационаров, специальных зональных или региональных ключевых участков. |
![]() |
На третьей ступени мониторинга осуществляются глобальные наблюдения за мировым балансом тепла и влаги: запылённости атмосферы, загрязнением Мирового Океана. Основу сети наблюдений составляет сеть полигонов как на производственных, так и на заповедных территориях. Здесь решающее значение приобретают дистанционные, аэрокосмические методы, которые включают системы сбора и хранения информации, системы обработки - анализа оперативной информации, передачи, распространении полученных результатов органам управления и планирования |
Анализ современного состояния ландшафтов, их функционирования позволяет выявить направление развития комплексов и компонентов в настоящем, прошлом и будущем. Эта научная разработка - представление о природных географических системах будущего, их переменных состояниях, коренных свойствах, обусловленных преднамеренными и непреднамеренными результатами деятельности человека и составляет суть географического прогноза (греч. предвидение, предсказание).В географическом прогнозировании основное внимание уделяется анализу взаимоотношения "природы-натуры", по выражению М.В. Ломоносова, и второй природы, созданной умом и деятельностью человека.
Очевидно влияние человека на природу, но также очевидно влияние природы на человека. По К. Марксу, природа влияет на человека через посредство производственных отношений. Прослеживая эволюцию ГО в антропогенный этап, можно сделать ошибочный вывод об усилении независимости общества от природы. Он вытекает из преувеличенного значения второй, созданной человечеством природы. Вторая природа - это часть первой природы. Она является категорией исторической. Первая природа, более консервативная, чем вторая, остаётся определяющей в развитии второй природы и оказывается решающей в развитии общества. Размеры Земли, соотношение площадей суши и моря, высота над уровнем моря, близость к воде, широтная поясность и зональность - это те элементы первичной природы, которые в совокупности с элементами географической среды предопределяют настоящее и будущее человечества.
Вопросы для самостоятельной работы