Гидросфера подземная
Гидросфера подземная – это совокупность всех видов подземных вод, находящихся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состоянии. Гидросфера подземная пронизывает всю литосферу и образует с ней единую гидролитосферу. Основную часть гидросферы подземной составляют подземные воды. Обычно нижняя граница гидросферы подземной проходит по зоне критических температур, располагающейся на глубине 8-16 км. По данным сверхглубоких скважин подземные воды гидросферы были обнаружены на глубинах до 9000 м. По данным глубинного геофизического зондирования земной коры, а также экспериментальным лабораторным исследованиям, появление подземных вод возможно ожидать на глубинах до 15-20 км.
По генезису воды, входящие в состав гидросферы подземной, подразделяют на инфильтрационные (атмосферные), седиментационные (морские), магматические (ювенильные), метаморфические (дегидрационные).
В зависимости от характера пустот водовмещающих пород подземные воды делятся на:
- поровые — в песках, галечниках и других обломочных породах;
- трещинные (жильные) — в скальных породах (граниты, песчаники);
- карстовые (трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняки, доломиты, гипсы и др.).
Подземные воды, перемещающиеся под влиянием силы тяжести, называются гравитационными, в отличие от вод, связанных, удерживаемых молекулярными силами, — гигроскопических, пленочных, капиллярных и кристаллизационных. Насыщенные гравитационной водой, слои горных пород, образуют водоносные горизонты, или пласты, объединяющиеся в водоносные комплексы. Первый от поверхности земли постоянно существующий безнапорный водоносный горизонт — грунтовые воды. Область питания последних совпадает с площадью их распространения. Водоносные горизонты, залегающие ниже грунтовых вод и отделяющиеся от них пластами водонепроницаемых или слабопроницаемых пород, — межпластовые (артезианские) воды. Они находятся под гидростатическим давлением. Область питания межпластовых вод находится в местах выхода водовмещающих пород на дневную поверхность (или в местах их неглубокого залегания); питание происходит преимущественно за счет перетекания воды из др. водоносных горизонтов.
По степени минерализации воды гидросферы подземной подразделяют (по В.И. Вернадскому) на пресные (до 1 г/л), солоноватые (1-10 г/л), соленые (10-50 г/л) и подземные рассолы (>50 г/л); по температуре (в °С) — переохлажденные (ниже 0), весьма холодные (от 0 до -4), холодные (от -4 до -20), теплые (от 2 до 37), горячие (от 37 до 50), весьма горячие (от 50 до 100) и перегретые (свыше 100).
По происхождению выделяют:
- инфильтрационные подземные воды, образующиеся при просачивании с поверхности земли дождевых, талых и речных вод;
- сульфатно-кальциевые, формирующиеся при выщелачивании гипсоносных пород;
- хлоридно-натриевые воды, формирующиеся при растворении соленосных пород;
- конденсационные подземные воды, образующиеся в результате конденсации водяных паров в порах или трещинах пород;
- седиментационные подземные воды, формирующиеся в процессе геологического осадкообразования и обычно представляющие собой измененные захороненные воды морского происхождения.
Воды, образующиеся из магмы при ее кристаллизации и при метаморфизме горных пород, называются магматогенными, или ювенильными.
Применительно к гидросфере подземной разработана теория вертикальной гидродинамической зональности. Первая самая верхняя зона характеризуется весьма активной формой взаимосвязи с поверхностью и весьма интенсивным и устойчивым стоком подземных вод, направленным в сторону крупной речной системы. Вторая средняя зона залегает на глубинах ниже активного дренирования подземных вод гидрографической сетью. Для этой зоны ухудшается питание подземных вод за счет инфильтрации атмосферных осадков и формируются сульфатно-гидрокарбонатные воды с минерализацией до 20 г/л. Третья, самая нижняя по разрезу гидродинамическая зона, в которой водоносные горизонты залегают на глубинах более 1000 м, характеризуется направленностью движения подземных вод в сторону глубоко залегающих базисов стока (моря, океаны). В этой зоне распространены подземные воды высокой минерализации — промышленные рассолы (более 50 г/л) преимущественно хлоридно-кальциевого состава.
Один из показателей природной обстановки формирования подземных вод — состав растворенных и свободно выделяющихся газов. Для верхних водоносных горизонтов с окислительной обстановкой характерно присутствие кислорода, азота для нижних частей разреза, где преобладает восстановительная среда, типичны газы биохимического происхождения (сероводород, метан). В очагах интрузий и термометаморфизма распространены воды, насыщенные углекислым газом (углекислые воды Кавказа, Памира, Забайкалья). У кратеров вулканов встречаются кислые сульфатные воды (т.н. фумарольные термы). Во многих водонапорных системах (крупные артезианские бассейны) по степени интенсивности водообмена с поверхностными водами и составом подземных вод выделяют три зоны. Верхние и краевые части бассейнов заняты обычно инфильтрационными пресными водами зоны активного водообмена, или водами активной циркуляции. В центральных глубоких частях бассейнов выделяется зона весьма замедленного водообмена, или застойного режима, где распространены высокоминерализованные воды. В промежуточной зоне относительно замедленного или затрудненного водообмена развиты смешанные воды различного состава.
Подземные воды — это часть водных ресурсов Земли. Общие запасы подземных вод суши составляют свыше 60 млн. км 3 , в том числе зоны активного водообмена 4000 млн. км 3 . Активность водообмена этих запасов соответственно 5000 и 330 лет. Подземные воды — очень ценное возобновляемое полезное ископаемое. По характеру использования они подразделяются на: хозяйственно-питьевые, технические, промышленные, минеральные воды и термальные воды. К хозяйственно-питьевым относят пресные воды, отвечающие кондициям (с определенными вкусовыми качествами, не содержащие вредных для здоровья человека веществ и микроорганизмов). Промышленные воды с повышенным содержанием отдельных химических элементов (I, Вг, В, Li и др.) представляют интерес для различных отраслей промышленности.
Важная составная часть гидросферы подземной — минеральные воды, с повышенным содержанием биологически активных минеральных (реже органических) компонентов и обладающие специфическими физико-химическими свойствами (химический состав, температура, радиоактивность и др.), благодаря которым они оказывают на организм человека лечебное действие. В формировании минеральных вод участвуют процессы инфильтрации поверхностных вод, захоронения морских вод во время осадконакопления, высвобождение конституционной воды при региональном и контактовом метаморфизме горных пород и вулканические процессы. По минерализации: слабоминерализованные воды (1-2 г/л), малой (2-5 г/л), средней (5-15 г/л), высокой (15-30 г/л) минерализации, рассольные минеральные воды (35-150 г/л) и крепкорассольные (150 г/л и выше). Для внутреннего применения используют обычно минеральные воды с минерализацией от 2 до 20 г/л. По ионному составу — хлоридные, гидрокарбонатные, сульфатные, натриевые, кальциевые, магниевые в различных сочетаниях анионов и катионов. По наличию газов и специфических элементов — минеральные воды углекислые, сульфидные (сероводородные), азотные, бромистые, йодистые, железистые, мышьяковистые, кремниевые, радиоактивные (радоновые) и др. По температуре различают минеральные воды холодные (до 20 °С), теплые (20-37 °С), горячие (термальные, 37-42 °С), очень горячие (высокотермальные от 42 °С и выше).
Своеобразные гидрогеологические условия, определяющие характер циркуляции и состав подземных вод, создаются в областях развития многолетнемерзлых горных пород, где формируются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды. Часто подземные воды являются причиной развития опасных геологических процессов: заболачивания и подтопления территории, активизации оползней и карстово-суффозионных процессов, оседания земной поверхности, осадки грунтов под инженерными сооружениями. Подземные воды затрудняют проведение горных работ в шахтах и на карьерах. Для борьбы с негативным их влиянием применяют дренаж, водоотлив, осушение месторождений и др. Важное значение приобретает искусственное магазинирование подземных вод с устройством крупных постоянно пополняемых подземных водохранилищ с большим транзитом воды.
Источники: История минералов земной коры. Вернадский В.И. —Л., 1933-1936. Том 2; Подземные воды СССР. Ланге О.К. Части 1-2. —М.: 1959-1963; Гидрогеология СССР. —М.: 1966. Том 1; Изучение, прогноз и картирование режима подземных вод. Коноплянцев А.А., Семенов С. —М., 1980; История природных вод. Часть 1, выпуск 1-3.
Источник
Основные сферы планеты Земля: литосфера, гидросфера, биосфера и атмосфера
Земля – 3-я планета от Солнца, расположенная между Венерой и Марсом. Она является самой плотной планетой Солнечной системы, крупнейшей из четырех планет земной группы и единственным астрономическим объектом, который, как известно, содержит жизнь. Согласно радиометрическому датированию и другим способам исследований, наша планета образовалась около 4,54 млрд лет назад. Земля гравитационно взаимодействует с другими объектами в космосе, особенно с Солнцем и Луной.
Земля состоит из четырех основных сфер или оболочек, которые зависят друг от друга и являются биологическими и физическими компонентами нашей планеты. Их научно называют биофизическими элементами, а именно гидросферой («гидро» для воды), биосферой («био» для живых существ), литосферой («лито» для суши или земной поверхности) и атмосферой («атмо» для воздуха). Эти основные сферы нашей планеты далее делятся на различные под-сферы.
Рассмотрим все четыре оболочки Земли более подробно, чтобы понять их функции и значение.
Литосфера – твердая оболочка Земли
Литосфера, иногда называемая геосферой, относится ко всем горным породам Земли. Она включает земную кору и верхнюю часть мантии. Выше, литосфера ограничена атмосферой, а ниже – астеносферой (слоем в верхней мантии Земли). Валуны горы Эверест, песок на пляжах Майами и лава, извергающаяся с горы Килауэа на Гавайях, являются примерами компонентов литосферы.
Литосфера является самой твердой сферой нашей планеты. Ее фактическая толщина может варьироваться от примерно 40 км до 280 км. Литосфера заканчивается в момент, когда минералы земной коры становятся вязкими и жидкими. Точная глубина, при которой это происходит, зависит от химического состава горной породы, а также от температуры и давления.
Существует два типа литосферы: океаническая литосфера и континентальная литосфера. Океаническая связана с океанической корой и немного плотнее континентальной литосферы. Континентальная литосфера, связанная с континентальной корой, может быть намного толще, чем океаническая, простираясь на 200 км ниже поверхности Земли.
Наиболее известной особенностью, связанной с литосферой Земли, является тектоническая активность, которая описывает взаимодействие огромных плит литосферы, называемых тектоническими плитами.
Литосфера разделена на тектонические плиты, которые соединяются между собой как зазубренная головоломка. Эти плиты не имеют постоянного расположения; они медленно двигаются. Большая часть тектонической активности происходит на границах этих плит, где они могут сталкиваться, разрываться или пододвигаться друг под друга. Движение тектонических плит стало возможным благодаря тепловой энергии от мантийной части литосферы. Тепловая энергия делает твердую литосферу более эластичной.
Тектоническая активность отвечает за некоторые из самых драматических геологических событий Земли: землетрясения, вулканы, орогенез (горообразование) и глубокие океанические впадины, которые образовались в результате тектонической активности в литосфере.
Гидросфера – водная оболочка Земли
Гидросфера – водная оболочка, включающая всю воду на нашей планете. К ней относится вода, которая находится на поверхности планеты, под землей и в воздухе. Гидросфера планеты может быть жидкостью, паром или льдом.
На Земле жидкая вода существует на поверхности в виде океанов, озер и рек. Под землей она встречается в колодцах и водоносных горизонтах, а также как грунтовые воды. Водяной пар наиболее заметен в виде облаков и тумана.
Замерзшая часть гидросферы Земли состоит из льда: ледников, ледяных вершин и айсбергов, и имеет свое название – криосфера.
Вода проходит через гидросферу благодаря циклическому перемещению. Она накапливается в облаках, затем падает на Землю в виде дождя или снега. Эта вода собирается в реках, озерах и океанах. Затем она испаряется в атмосферу, чтобы снова начать цикл. Этот процесс называется гидрологическим циклом.
По оценкам ученых, на нашей планете есть более 1386 млн. км³ воды.
В океанах содержится более 97 % запасов воды на Земле. Остальная часть приходится на пресную воду, две трети которой находится в замерзшем состоянии в полярных регионах планеты и на снежных вершинах гор. Интересно отметить, что, хотя вода покрывает большую часть поверхности планеты, она составляет всего 0,023 % общей массы Земли.
Биосфера – живая оболочка Земли
Биосфера состоит из частей Земли, где существует жизнь. Она простирается от самых глубоких корневых систем деревьев, до глубоководных океанических желобов, от пышных тропических лесов до высоких горных вершин.
Поскольку жизнь существует на суше, в воздухе и в воде, биосфера перекрывает все эти сферы. Хотя биосфера имеет высоту около 20 километров, почти вся жизнь сосредоточена примерно от 500 м ниже поверхности океана до 6 км над уровнем моря.
Биосфера существует около 3,5 миллиардов лет. Самые ранние жизненные формы биосферы, называемые прокариотами, выживали без кислорода. Древние прокариоты включали одноклеточные организмы, такие как бактерии и археи.
Биосферу иногда считают одной большой экосистемой – сложным сообществом живых и неживых компонентов, функционирующих как единое целое. Однако чаще всего биосфера описывается как совокупность множества экологических систем.
Атмосфера – воздушная оболочка Земли
Атмосфера – это совокупность газов, окружающих нашу планету, удерживаемых на месте земной гравитацией. Большая часть нашей атмосферы находится вблизи земной поверхности, где она наиболее плотная. Воздух Земли на 79 % состоит из азота и чуть менее 21 % – из кислорода, а также аргона, двуокиси углерода и других газов. Водяной пар и пыль также являются частью атмосферы Земли. Другие планеты и Луна обладают очень разными атмосферами, а некоторые вообще не имеют таковой. В космосе нет атмосферы.
Атмосфера настолько распространена, что она почти незаметна, но ее вес равен слою воды глубиной более 10 метров, которая покрывает всю нашу планету. Нижние 30 километров атмосферы содержат около 98 % всей ее массы.
Ученые утверждают, что многие из газов в нашей атмосфере были выброшены в воздух ранними вулканами. В то время вокруг Земли было мало или вообще не было свободного кислорода. Свободный кислород состоит из молекул кислорода, не связанных с другим элементом, таким как углерод (с образованием углекислого газа) или водород (с образованием воды).
Свободный кислород, возможно, был выделен в атмосферу примитивными организмами, вероятно бактериями, во время фотосинтеза. Позднее более сложные формы растительной жизни добавили больше кислорода в атмосферу. Кислороду в сегодняшней атмосфере, вероятно, потребовалось миллионы лет чтобы накопиться.
Атмосфера действует как гигантский фильтр, поглощая большую часть ультрафиолетового излучения и позволяя проникать солнечным лучам. Ультрафиолетовое излучение вредно для живых существ, и может вызвать ожоги. Тем не менее солнечная энергия необходима для всей жизни на Земле.
Атмосфера Земли имеет слоистую структуру. От поверхности планеты к небу идут следующие слои: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Другой слой, называемый ионосферой, простирается от мезосферы до экзосферы. Вне экзосферы находится космос. Границы между атмосферными слоями четко не определены и изменяются в зависимости от широты и времени года.
Взаимосвязь оболочек Земли
Все четыре сферы могут присутствовать в одном месте. Например, кусок почвы будет содержать минералы из литосферы. Кроме того, будут присутствовать элементы гидросферы, представляющие собой влагу в почве, биосферы как насекомых и растений и даже атмосферы в виде почвенного воздуха.
Все сферы взаимосвязаны и зависят друг от друга, как единый организм. Изменения в одной сфере приведут к изменениям в другой. Поэтому все, что мы делаем на нашей планете, влияет на другие процессы в ее пределах (даже если мы не можем этого увидеть своими глазами).
Для людей, занимающихся проблемами окружающей среды, очень важно понимать взаимосвязь всех оболочек Земли.
Источник
