Текст книги "Экология"

Континентальные стоячие (непроточные) водоемы включают в себя экосистемы озер, водохранилищ, прудов, луж, а также болот. Жизнь стоячих вод или лентической среды (от лат. lentus – спокойный) зависит от площади поверхности и глубины водоема, региональных климатических условий и химического состава воды.

Озера. На дне озер различают последовательную смену концентрических зон (рис. 6.12), а также две группы жизненных форм растений: бентосную и фитопланктонную.

Бентосные растения. Они развиваются, прикрепившись или укоренившись на дне. Эту группу также называют погруженной водной растительностью. Они выживают в бедной биогенами воде, так как получают необходимые элементы из донных отложений, однако нуждаются в проникновении сквозь толщу воды достаточного для фотосинтеза количества солнечного света.

Фитопланктон. Фитопланктон (планктон) состоит из множества видов водорослей и представляет собой отдельные клетки, их скопления или «нити», которые держатся вблизи поверхности воды или прямо на ней. Очевидно, что мутная вода мало на них влияет, их большое количество является важнейшей причиной помутнения. Фитопланктон не связан с дном, поэтому должен получать биогены из воды. При недостатке в воде биогенов его развитие замедляется.

Рис. 6.12. Главные зоны в экосистеме непроточного континентального водоема (по Ю. Одуму); глубины указаны ориентировочно

Болота. Это участки суши, покрытые в определенные периоды времени небольшим слоем воды и более или менее высыхающие в другое время. Согласно другому определению, болото – переувлажненный участок поверхности земли, характеризующийся накоплением в верхних горизонтах мертвых неразложившихся растительных остатков, превращающихся затем в торф. При слое влажного торфа более 0,3 м – болото, менее 0,3 м – заболоченные земли.

Болота умеренных и высоких широт – это своеобразные «ловушки» органического углерода, в которых происходит его накопление и захоронение в виде неполностью разложившихся остатков растительности, образующих торф. Переувлажненные земли более характерны для тропических районов, и торф в них не накапливается.

Болота, расположенные вдоль русел рек и особенно в устьях, во время паводков принимают избыточную воду, обогащенную илом и биогенами. При движении воды по болотам ил и связанные с ним биогены оседают, а вода очищается по мере просачивания в грунтовые воды. Таким образом, в а ж н е й ш е й ролью болот является фильтрация воды перед тем, как она попадает в озера, заливы, эстуарии, грунтовые воды.

Болота, обогащенные биогенами, представляют собой самые продуктивные экосистемы, в которых обитают стаи водной дичи и многие другие животные. Общая площадь болот и переувлажненных земель на планете составляет примерно 3 млн км². Больше всего болот в Южной Америке (почти половина) и Евразии, совсем мало – в Австралии. Болота и заболоченные территории есть во всех географических зонах, но особенно много их в тайге. В нашей стране болота занимают около 9,5 % территории, причем особую ценность представляют торфяные болота, аккумулирующие в себе значительные запасы теплоты.

Болота не пригодны для сельского хозяйства, строительства, судоходства. Поэтому «бросовые земли» длительное время пытались «улучшать», что привело к многим ошибкам как внашей стране, так и во многих других странах. Резюмируя мировой опыт использования болот, Ю. Одум пришел к выводу, что их в большинстве случаев выгоднее применять не для сельского хозяйства, а для хранения воды и местообитания диких животных.

Качественный и количественный состав биоценоза и особенности питания (степень трофности) в озере обусловливаются химическим составом воды.

Олиготрофные озера (от греч. oligos – незначительный, бедный, trophe – питание, пища). Их воды бедны минеральным азотом и особенно фосфором, встречающимся в виде следов. Благодаря низкой плотности биоценоза в воде присутствует много кислорода (рис. 6.13, а), а содержание СО₂ невелико, вследствие чего, в частности, отмечается нерастворимость соединений железа. Вода прозрачная, синего или зеленого цвета. К такому типу относят глубокие озера с песчаными берегами.

Кислород из атмосферы растворяется в воде крайне медленно. Следовательно, бентосные растения не только обеспечивают пищу и убежище водным животным, но и поддерживают необходимую концентрацию растворенного О₂ на глубине, выделяя его непосредственно в воду. В результате в водоеме, обедненном питательными элементами, может существовать богатый, разнообразный биоценоз из рыб, моллюсков и бентосных растений, которыми они питаются.

Эвтрофные озера (от греч. eu – хорошо). Их воды богаты азотом и фосфором. Обилие организмов ведет к истощению кислорода в глубинных слоях во время фаз застоя (рис. 6.13, б). Вода малопрозрачная, от зеленовато-коричневой до коричневой. Для таких озер характерны небольшие глубины, благоприятствующие образованию широких поясов прибрежной растительности.

Дистрофные озера. Это неглубокие озера с берегами, поросшими торфообразующими растениями. Вода малопрозрачна, окрашена в бурый цвет гуминовыми веществами; кислород в дефиците; реакция воды слабо кислая.

Между этими типами озер существуют все переходные стадии. Кроме того, одно и то же озеро (пруд) может переходить из одного типа в другой.

Рис. 6.13. Вертикальное изменение концентрации кислорода при одинаковой температуре в озерах (по Р. Смиту): а – олиготрофных; б – эвтрофных

Обогащение биогенами. При эрозии и выщелачивании водоем постепенно заполняется наносами и обогащается биогенами, накопление которых способствует развитию фитопланктона, а значит, помутнению воды и затенению бентосной растительности. Кислород, выделяемый планктоном при фотосинтезе, перенасыщает верхний слой воды и улетучивается с ее поверхности. В ясный день легко видеть, как из скоплений нитчатых водорослей всплывают пузырьки кислорода.

Жизненный цикл фитопланктона очень короток. Его быстрое размножение компенсируется отмиранием, ведущим к накоплению детрита. Отмерший фитопланктон поступает в глубинную зону, где им питаются редуценты, также потребляющие кислород и снижающие его концентрацию в воде. Когда растворенного кислорода не остается, бактерии-редуценты выживают за счет анаэробного брожения, и так может продолжаться до тех пор, пока есть детрит для питания.

Таким образом, у поверхности количество растворенного кислорода может быть очень высоким из-за фотосинтеза фитопланктона, а на глубине его запасы истощаются редуцентами (рис. 6.13, б).

«Дождь» фитопланктона переносит усвоенные им биогенные элементы на дно, где по мере разложения детрита они вновь высвобождаются. Восходящие конвективные потоки возвращают биогены к поверхности, и описанный процесс повторяется многократно.

Эвтрофикация водоемов – обогащение водоема биогенами, стимулирующее рост фитопланктона. Результатом является помутнение воды, гибель бентосных растений, снижение концентрации растворенного кислорода, недостаток его для глубоководных рыб и моллюсков. Эвтрофикация может происходить даже в медленно текущих пресных водах. Чем больше органических веществ поступает в озеро, тем больше требуется кислорода[45]45
  Поэтому комплексными характеристиками загрязнения воды органическими веществами служит биологическое (БПК) и химическое (ХПК) потребление кислорода.


[Закрыть] для перевода их в неорганические соединения.

Эвтрофикация представляет собой смену богатой экосистемы, основанной на бентосной растительности, на простую, основанную на фитопланктоне.

В геологических масштабах времени водоемы постоянно обогащаются биогенами и заполняются поступающими с суши наносами. За многие столетия в озере накапливаются ил и детрит, постепенно заполняющие первоначально глубокую чашу озера.

Эвтрофикация – составная часть естественного процесса, называемого сукцессией. За несколько тысяч лет озеро может измениться естественным путем и превратиться из олиготрофного в эвтрофное, или, иначе говоря, «состариться». Однако антропогенная деятельность приводит к аналогичным последствиям всего за несколько десятилетий. Поэтому принято говорить об антропогенной эвтрофикации, противопоставляя ее е с т е с т в е н н о й. Эвтрофикация – хороший пример того, что не все негативные проблемы современности связаны с промышленным выбросом «ядовитых» соединений, ибо в рассматриваемом случае часто причиной является поступление в природную экосистему таких «безвредных» веществ, как частицы почвы и питательные вещества. На данном примере отчетливо видно, что изменение любого экологического фактора может нарушить равновесие в экосистеме.

Экосистемы проточных водоемов, а именно ручьев, быстро и медленно текущих рек и речек от их истоков до устья значительно отличаются от экосистем стоячих вод, что вызвано постоянным обновлением воды и значительно большими контактами с наземными экосистемами.

Скорость течения водотоков – определяющий фактор в жизни биоценозов вследствие воздействия на организмы физических и химических свойств воды. Скорость течения также влияет на характер дна.

Температура проточных вод обычно одинакова по всей их толщине и подвергается изменениям по мере продвижения вод от истоков к устью. Насыщенность кислородом проточных вод (за счет атмосферной аэрации) даже при отсутствии зеленых растений бывает достаточной. Постоянное движение создает лучшие условия для дыхания организмов, однако органические вещества, поступающие в водотоки с бытовыми или промышленными стоками, вызывают уменьшение концентрации кислорода в воде из-за массового размножения бактерий.

В нижнем течении рек, особенно крупных равнинных, имеется довольно разнообразный, постоянный и обильный планктон. Донное население рек сильно зависит от скорости потоков. В распространении рыб от истока к устью прослеживается определенная зональность.

В противоположность озерам у рек соотношение размеров береговой полосы и водной массы благоприятствует образованию фауны береговых откосов. Пищевые цепи в проточных водах отличаются бедностью пищевой базы. Многие животные проточных вод являются всеядными и в зависимости от места или времени года поедают растения, животных или детрит. Таковы карпы, сомы, раки, личинки насекомых.

Продуктивность от реки к реке сильно различается. Особое место среди экосистем занимают эстуарии (места впадения пресноводных рек в соленые моря и океаны), где обитают виды, способные существовать в солоноватых водах.

По мере продвижения с севера на юг увеличивается удельное количество энергии Солнца, попадающей на единицу поверхности Земли, что позволяет жить большему количеству видов, накапливаться более значительной биомассе, повышаться продуктивности экосистем суши. Средняя интенсивность биохимических процессов на севере и в тропиках различается существенно. С учетом правил формирования экосистем и взаимодействия видов живого в биоценозах в каждом случае видов столько, сколько необходимо для усвоения и переработки приходящей от Солнца энергии.

Количество экосистем в естественной природе невелико. Для тропиков характерно однообразие биоценозов. Пестрый растительный покров тянется на десятки и сотни километров, хотя два одинаковых дерева рядом увидеть трудно. Огромные пространства тундры также однородны, хотя не отличаются разнообразием видов. Однообразна и естественная тайга, хотя здесь формируется большее количество экосистем. В степях и пустынях число экосистем не выше, чем в таежной полосе.

В морских экосистемах иная ситуация, чем на суше.[46]46
  В данном случае имеется в виду «усредненный» географический пояс океанической толщи, так как при сравнении жизни в океане следует учитывать массу особенностей.


[Закрыть]

Число видов здесь также максимально в тропиках и минимально на Крайнем Севере, но биомасса выше всего в субарктике, бореальной[47]47
  Бореальная (от лат. boreas – северный) – северная, таежная полоса.


[Закрыть] и суббореальной полосах. Тропики богаты видами, но сравнительно мало продуктивны.

Именно в северных и крайних южных широтах развивается бурная океаническая жизнь, дающая массу криля – пищу крупнейших морских млекопитающих – китов и обильную рыбную продукцию. Высока продуктивность и тех районов юга океана, где из его глубин поступают холодные воды, богатые кислородом и биогенами. В теплой воде кислород растворяется хуже и мало биогенов. Жизнь обильна там, где их много, например на рифах, а в открытом океане она бедна.

А. А. Григорьев и М. И. Будыко сформулировали периодический закон географической зональности:

со сменой природных поясов аналогичные ландшафтные зоны и их некоторые общие свойства периодически повторяются.

На рис. 6.14 приведена схема, отражающая упомянутый закон. По оси абсцисс отложено значение радиационного индекса сухости I_R, равного отношению радиационного баланса (алгебраической суммы поглощаемой и излучаемой радиации в атмосфере, или иначе разницы между притоком и оттоком теплоты за год) к количеству теплоты, необходимому для испарения годовой суммы осадков. Диаметры кругов пропорциональны биологической продуктивности ландшафтов.

Рис. 6.14. Схема, иллюстрирующая периодический закон географической зональности в зависимости от радиационного индекса сухости (I_R)

Установленная законом периодичность проявляется в том, что величины индекса сухости меняются в разных зонах от 0 до 4–5 и трижды между полюсами и экватором они близки к единице, причем именно в этих случаях наблюдают наибольшую биологическую продуктивность ландшафтов.

Экосистемы, как и виды живого, подчиняются закону конкурентного исключения, поэтому:

свободных экологических ниш ни в рамках отдельных экосистем, ни в рамках живого покрова планеты нет; эти ниши могут быть выработаны лишь при достаточно заметном природном или антропогенном изменении среды обитания.

Контрольные вопросы и задания

6.1. Что такое экологическая система? Какие биосистемы изучает экология?

6.2. Из каких компонентов состоят экосистемы?

6.3. Можно ли космический корабль назвать экосистемой?

6.4. Что такое продуктивность экосистем?

6.5. Чем отличается большой и малый круговороты веществ?

6.6. Какие процессы лежат в основе круговорота азота и фосфора?

6.7. Как влияет человек на биогеохимический цикл фосфора?

6.8. Что такое сукцессия и причины ее возникновения? В чем сущность первичной и вторичной сукцессии?

6.9. Назовите законы, которым подчиняются химические превращения в природе и все биологические процессы в экосистемах.

6.10. Каковы последствия антропогенной эвтрофикации водоемов?

ГЛАВА 7
БИОСФЕРА

Биосфера (от греч. bios – жизнь, sphaira – шар) – область системного взаимодействия живого и костного вещества планеты. Она представляет собой глобальную экосистему – совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты.

Первые представления о биосфере как «области жизни» и наружной оболочке Земли были высказаны в начале XIX в. Ж. Ламарком. В 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс впервые ввел в научную литературу современный термин «биосфера», понимая под ним область взаимодействия основных оболочек Земли: атмо-, гидро-и литосферы, где встречаются живые организмы.

Заслуга создания целостности учения о биосфере принадлежит В. И. Вернадскому. Используя этот термин, он создал науку «биосфера», ввел понятие «живое вещество» – совокупность всех живых организмов, а также о т в е л ж и в ы м организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая деятельность организмов не только в настоящее время, но и в прошлом. Поэтому биосфера – это все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, т. е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно (в специальной литературе) называют современной биосферой или необиосферой, а древние биосферы относят к былым биосферам, иначе палеобиосферам или мегабиосферам. Примеры последних – безжизненные скопления органических веществ (залежи угля, нефти, газа и др.) или запасы иных соединений, образовавшихся при непосредственном участии живых организмов (известняки, ракушечники, образования мела, ряда руд и многое другое).

7.1. Структура и границы биосферы

Структура биосферы. Биосфера включает в себя:

• аэробиосферу – нижнюю часть атмосферы;

• гидробиосферу – всю гидросферу;

• литобиосферу – верхние горизонты литосферы (твердой земной оболочки).

Границы биосферы. Границы нео-и палеобиосферы различны.

Верхняя граница. Верхняя граница теоретически определяется озоновым слоем. Для необиосферы – это нижняя граница озонового слоя (около 20 км), ослабляющего до приемлемого уровня губительное космическое ультрафиолетовое излучение, а для палеобиосферы – это верхняя граница того же слоя (около 60 км), ибо кислород в атмосфере Земли есть результат преимущественно жизнедеятельности растительности (так же, как и другие газы в соответствующей мере).

Любая классификация в экологии затруднена тем, что жесткие, резкие границы в природе являются редчайшим исключением.

В большинстве случаев в качестве верхней теоретической границы биосферы указывают озоновый слой без уточнения его границ, что вполне приемлемо, если не обсуждать разницу между нео-и палеобиосферой. Иначе следует учитывать, что озоновый экран образовался всего лишь около 600 млн лет назад, после чего организмы смогли выйти на сушу.

Практически же максимальная высота над уровнем моря, на которой может существовать живой организм, ограничена уровнем, до которого сохраняются положительные температуры и могут жить хлорофиллсодержащие растения-продуценты (6200 м в Гималаях). Выше, до «линии снегов», обитают лишь пауки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром. Еще выше живые организмы могут попадаться лишь случайно.

На высотах 7500–8000 м критически низкого для абсолютного большинства организмов значения достигает другой абиотический фактор – абсолютное атмосферное давление. Наиболее зависимы от величины давления птицы и летающие насекомые, преимущественно занимающие нижнюю зону (0—1000 м), хотя отдельные виды птиц (орлы, кондоры) могут постоянно жить и на высотах 4000–5000 м.

Вся толща Мирового океана по современным представлениям полностью занята жизнью.

Нижняя граница. Нижняя граница существования активной жизни традиционно определяется дном океана 11 022 м (максимальная глубина Марианской впадины) и глубиной литосферы, характеризующейся температурой 100 °C (такая температура имеет место на глубине, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове, около 6000 м). В основном жизнь в литосфере распространена лишь на несколько метров вглубь, ограничиваясь почвенным слоем. Однако по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров, достигая глубин 3000–4000 м.

Возможно, пределы биосферы намного шире, так как в гидротермах дна океана на глубинах около 3000 м[48]48
  На таких глубинах давление составляет около 30 МПа (300 атм), что позволяет воде присутствовать в жидком состоянии, тогда как пределы жизни ограничены точками перехода ее в пар и сворачивания белков.


[Закрыть] при температуре 250 °C обнаружены организмы.

Теоретически на глубинах 25 000 м относительно уровня моря должна иметь место критическая температура 460 °C, при которой при любом давлении вода существует только в виде пара, а следовательно, жизнь невозможна.

Осадочные породы, практически все претерпевшие переработку живыми организмами, определяют нижнюю границу былых биосфер, которая тем не менее не опускается на материках ниже самых больших глубин океана.

7.2. Геосферные оболочки Земли

Внутреннее строение нашей планеты в виде нескольких геосфер (от греч. geo – земля, sphara – шар) или оболочек изучено относительно мало и преимущественно по данным сейсморазведки, исследующей процессы распространения в Земле искусственно вызванных упругих колебаний. Эксперименты и соответствующие теоретические расчеты позволили создать следующую модель.

В центре Земли имеется внутреннее твердое субъядро радиусом 1250 км (рис. 7.1), состоящее из вещества плотностью 13 г/см³ (по одной из наиболее распространенных гипотез считают, что такую плотность может иметь только металл).

Вокруг него находится жидкое внешнее ядро радиусом 3470 км, состоящее из расплавленного вещества. Регулярные течения этой высокоэлектропроводной жидкости, по одной из гипотез, являются причиной существования магнитного поля Земли. Внешнее жидкое и внутреннее твердое ядра в сумме составляют 16 % земного шара (без атмосферы) по объему и 31,5 % по массе.

Рис. 7.1. Внутреннее строение Земли

Далее снаружи жидкого ядра следует мантия, распространяющаяся с глубины 2900 км до глубины около 40 км относительно уровня моря на поверхности планеты.[49]49
  Под действием высоких температур и долговременных нагрузок породы мантии размягчены и вещество на глубинах 40—400 км может течь. Так, около 10 тыс. лет назад после окончания ледникового периода растаяли ледники Северной Европы и Канады и, освободившись от двухкилометрового слоя льда, поверхность Земли начала подниматься. Этот подъем со скоростью в несколько миллиметров в год продолжается в Скандинавии и на севере Америки и сейчас, что обеспечивается вязким течением верхней мантии.


[Закрыть]

Температура на границе ядра и мантии составляет около 4500 °C, а плотность вещества меняется скачкообразно с 10,1 у ядра до 5,6 т/м³ у мантии. По другим данным температура ядра не меньше 2000 °C и не больше 5000 °C. Мантия составляет 83 % объема планеты (без атмосферы) и 67 % массы.

Скорость υ распространения упругих волн по толщине мантии по мере движения от периферии к центру нарастает неравномерно: значительно быстрее в верхней части до глубин Z = 900—1000 км и очень медленно на больших глубинах (рис. 7.2). В связи с этим мантию чаще всего делят на верхнюю и нижнюю, а иногда дополнительно выделяют среднюю мантию.

Рис. 7.2. Зависимость скорости распространения сейсмических волн от глубины (сейсмическая модель Земли): 1 – продольные волны; 2 – поперечные волны

Снаружи мантии расположена действительно твердая, но очень тонкая (20–40 км) оболочка – кора Земли, составляющая около 1 % планеты по объему и 0,5 % по массе. При переходе из мантии в кору (поверхность или граница Мохоровичича[50]50
  По имени югославского геофизика А. Мохоровичича, изучавшего в 1910 г. землетрясения в Хорватии.


[Закрыть] – сокращенно граница Мохо) плотность вещества скачкообразно меняется с 3,2 до 2,9 т/м³.

Максимальные глубины, которых достиг человек к концу XX в., составляют 15 км (сверхглубокая скважина на Кольском полуострове) и 3,5 км (глубокая шахта «Ист Рэнд» в Южной Африке). Поэтому сейсморазведка – единственный доступный человеку метод изучения внутреннего строения Земли. Суть этого метода в том, что на поверхности создают (например, путем взрыва) упругие колебания – сейсмические волны, которые со скоростью в несколько километров в секунду распространяются в глубь Земли. Изучают также колебания, вызванные природными землетрясениями. Различают продольные P и поперечные S объемные волны (рис. 7.2).

В более плотной среде скорость волн возрастает, в рыхлой – снижается, а в жидкостях поперечные волны вообще не распространяются. Резкие скачкообразные изменения плотности вещества в геосферах сопровождаются такими же резкими изменениями скорости распространения продольных волн: в коре она составляет около 7 км/с, в мантии за границей Мохо – около 8 км/с, а при переходе из мантии в ядро скорость меняется скачком с 13,6 до 8,1 км/с. Поперечные волны в ядре вообще не могут распространяться. Проходя границу раздела двух сред с различной плотностью, упругие колебания частично отражаются, возвращаясь на поверхность.

Давление с глубиной быстро растет, и в центре Земли оно достигает 370 ГПа (3,7 млн атм), а сила тяжести постепенно убывает до нуля.

Наиболее сложное (неоднородное) строение имеет земная кора. Она состоит из нескольких слоев. Самый нижний слой называют базальтовым, потому что скорости распространения сейсмических волн в нем такие же, как в базальте, хотя действительный его состав неизвестен.

В базальтовом слое как бы плавают гранитные «подушки» толщиной 15–20 км, на которых расположена трех—пятикилометровая (в среднем) толща осадочных пород континентов (рис. 7.3). Они состоят из различных кристаллических пород, скорость движения сейсмических волн в которых такая же, как в гранитах. Плотность гранитов при одинаковом давлении и температуре ниже плотности базальтов.

Рис. 7.3. Схема строения земной коры в экваториальном разрезе: 1 – океаническая вода; 2 – осадочные породы; 3 – граниты; 4 – базальты; 5 – мантия

Океаническая кора имеет следующие существенные отличия от материковой:

• толщина ее составляет обычно 3–7 км, что на порядок меньше;

• гранитный слой отсутствует;

• осадочный слой обычно очень тонок – менее 1 км;

• между осадочным и базальтовым слоями находится небольшой слой, состав которого практически неизвестен, поэтому он называется просто вторым слоем.

Методами гравиметрии и глубинного сейсмического зондирования установлено, что чем выше расположена какая-либо местность, тем толще под ней кора и тем глубже она уходит в мантию. Получается, что поверхность Мохоровичича повторяет рельеф земной поверхности в перевернутом виде, т. е. является отражением в горизонтальном зеркале с многократным увеличением вертикального масштаба.

Континенты и вся кора как бы плавают в более плотной мантии, причем не только подчиняясь закону Архимеда, но и перемещаясь друг относительно друга со скоростью в несколько сантиметров в год. В соответствии с теорией глобальной тектоники движутся тектонические плиты – большие участки земной коры, включающие в себя, помимо континентов, также и соседние участки океанического дна. Заметное повторение береговой линии Африки и Южной Америки считают не случайным – сотни миллионов лет назад эти два континента были единым целым.

По принятой на сегодня гипотезе на Земле с середины палеозоя до середины мезозоя существовало только два материка: в Северном полушарии – Лавразия, а в Южном – Гондвана. Их разделял океан Тетис.

Когда Лавразия распалась, образовались две части: север-ноамериканская и евроазиатская с Атлантическим океаном между ними. Из Гондваны образовались Южная Америка, Африка, Азия (Аравия и Индия), Австралия и Антарктида. Кости предков сумчатых животных, ныне обитающих только в Австралии, были найдены в Антарктиде.

Главных тектонических плит шесть: евроазиатская, африканская, антарктическая, индо-австралийская, американская и тихоокеанская. Между ними существует несколько мелких плит, движущихся отчасти независимо. На некоторых границах плит, расположенных только в океане, образуется новая кора. Так, вдоль середины Атлантического океана проходит подводный Срединно-Атлантический хребет, от которого земная кора наращивается в направлении к американской плите (в одну сторону) и к африканской и евроазиатской (в другую).

Однако существуют на Земле и районы, где плиты сталкиваются и одна погружается под другую, образуя зоны субдукции.[51]51
  Субдукция – процесс подныривания одной литосферной плиты под другую в районе глубоководных желобов. На карте рельефа поверхности Земли зоны субдукции выглядят как глубоководные океанические желоба вблизи островных дуг или континентальных окраин с высокими хребтами. Их протяженность примерно равна протяженности рифтовых долин. Противоположный процесс – спрединг – расхождение литосферных плит в стороны от срединно-океанических хребтов.


[Закрыть]

Трение на границах сдвигающихся плит – причина землетрясений, а нагревание осадочного слоя опускающейся плиты, сопровождающееся химическими реакциями, – причина извержений вулканов. Образующиеся при дегазации недр газы и пары воды из жерла вулкана попадают в атмосферу. Характерным примером является цепь вулканов на Дальнем Востоке вдоль границы, где тихоокеанская плита опускается под евроазиатскую.

В середине XX в. было установлено, что излияние лав и дегазация идут не только в вулканах на суше, но и на дне океана, в рифтовых (от англ. rift – трещина, ущелье) долинах – разломах земной коры, проходящих по оси срединно-океанических хребтов. В общей сложности протяженность таких разломов на дне океанов составляет не менее 70 тыс. км.

Рифтовые долины образуют границы литосферных плит, на которые разбита вся поверхность планеты. В рифтовых зонах земная кора раздвигается за счет подъема из глубин недр вещества, которое наращивает края плит.

С помощью глубоководных аппаратов в районе рифтовых долин обнаружены многочисленные выбросы сильно минерализованной воды, содержащей соединения металлов и имеющей температуру до 300–400 °C. При попадании такой сверхгорячей воды в холодную придонную океаническую воду она быстро остывает и содержащиеся в ней вещества осаждаются, формируя вокруг струи сооружение в виде трубы. Такие струи часто выглядят как столб черного или белого дыма. Поэтому они получили название «черные» или «белые» курильщики.

Одна из характерных особенностей нашей планеты заключается в следующем. Если выразить графически рельеф материков и дна океанов в качестве различных ступеней общего рельефа Земли, получается гипсографическая (от греч. gipsos – высота, grapfo – пишу) кривая земного шара (рис. 7.4). Ее анализ показывает, что континенты уступают океанам по площади, и их поднятие над уровнем моря невелико по сравнению с глубинами океанов.

Рис. 7.4. Гипсографическая кривая земного шара (жирная линия) и обобщенный профиль дна океана (пунктирная линия)

На суше и океаническом дне с определенной закономерностью расположены горы и горные системы. На суше это широтный Средиземноморский и меридиональные западно-и восточно-тихоокеанские линейные горные пояса. Средиземноморский пояс начинается на западе горами Атласа (Северная Африка) и продолжается на восток, включая горные цепи Пиринеев, Альпы, Апеннины, Балканские, Карпатские, Крымские, Кавказские горные системы, Памир, Гималаи. Западно-тихоокеанский пояс охватывает горные системы Чукотки, Камчатки, Курильских островов, Сахалина, Японии и другие, вплоть до австралийских Кордильер. Восточно-тихоокеанский пояс включает в себя горные образования Кордильер Северной и Южной Америки.

В Атлантическом океане почти на равном расстоянии от Американского континента, Европы и Африки обнаружен простирающийся с юга на север горный хребет, названный Срединно-Атлантическим. Он возвышается над дном океана почти на 3 км. Ширина хребта исчисляется сотнями километров. Подобные хребты выявлены в Индийском, Тихом и Северном Ледовитом океанах. По своей протяженности, ширине и высоте они не уступают складчатым горным поясам материков. Вдоль осевых частей хребтов, приравненных к срединно-океаническим, протягивается глубокая (до 3 км) и широкая (25–50 км) трещина – рифт.

Считают, что деятельность вулканов и рифтовых зон в докембрийский период, сопровождавшаяся извержением и кристаллизацией (с дегидратацией) вещества мантии, способствовала образованию воды современного Мирового океана нашей планеты.

Механизмы, приводящие к движению плит и дрейфу континентов, изучены не до конца, тем не менее проявления тектонической деятельности в виде извержений вулканов обнаружены и на других планетах и спутниках, что говорит о сходных процессах в их недрах.

Земля – не идеальный шар. Благодаря вращению наша планета в целом должна иметь форму эллипсоида, приплюснутого у полюсов, т. е. экваториальный радиус которого больше расстояния от центра до полюсов. Однако в действительности она существенно иная. С помощью искусственных спутников установлено, что Земля имеет несколько «грушевидную» форму: ее Северный полюс приподнят на 15 м относительно правильного эллипсоида, а Южный – опущен на 20 м. Кроме того, доказано, что экваториальное сечение Земли также имеет форму эллипса с разницей между большой и малой полуосями в 100 м.