Жер қабаттары (геосфералар)

Пән: Геология, Геофизика, Геодезия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Жер Күн жүйесіне қарайтын басқа планеталардың ішінде, тоқтаусыз даму үстіндегі планета ретінде, орталық симметрияға бағынатын әр түрлі геосфералардан тұрады. Олардың әрқайсысы өзіндік физикалық-химиялық ерекшеліктерімен сипатталады. Жер қабаттары (геосфералар) сыртқы және ішкі қабаттарға ажыратылады (3-сурет) .

3 - сурет. Жер геосфераларының өзара қатынастық схемасы

Жердің сыртқы қабаттары - атмосфера, гидросфера және биосфера біздің планетамыздың басқа планеталармен салыстырғандағы, өзіндік ерекшеліктері болып саналады. Сондықтан да олар жер қыртысының құралу және даму барысында маңызды роль атқарады.

Жердің сыртқы қабаттарына ортақ қасиет - олардың тез өзгергіштігі. Жердің геосфералары бір-бірімен өте тығыз байланысты. Егер олардық біреуінің құрамы сәл өзгерсе, қалғандары да соған сәйкес тез арада өзгеріске ұшырап отырады. Басқаша айтқанда, олардың арасындағы материя және энергия алмасу әрекеттері ешуақытта да тоқталмайды.

Жердің ішкі қойнауы үш қабатқа: сыртқы - жер қыртысы, аралық - мантия, орталық - ядро болып бөлінеді.

Олар сейсмологиялық зерттеулердің нәтижесінде бір-бірінен шекаралық жазықтықтар арқылы, физикалық қасиеттерінің өзіндік ерекшеліктеріне қарай ажыратылады. Бірінші реттегі шекара жоғарыда аталған геосфералардың (жер қыртысы, мантия, ядро) арасында сейсмикалық толқындардың таралу жылдамдығының күрт өзгеруімен сипатталады (жер қыртысы мен мантия аралығында - Мохоровичич және мантия мен ядро аралығында - Вихерт-Гутенберг жазықтықтары) ; екінші реттегі шекара жоғарыда айтылған геосфералардың әрқайсысының өз ішінде ғана байқалатын өзгерістер негізінде жүргізіледі.

Жердің ішкі құрылысы туралы көп жобалардың (В. Гольд-Шмидтың, Г. Вашингтонның, А. Е. Ферсманның, В. Рамзейдің, А. Ф. Капустинскийдің және т. б. ) ішінде неміс ғалымы, сейсмолог Б. Гутенбергтің және австралия ғалымы геофизик К. Э. Булленнің (1961) схемасы қазіргі кездегі кең тараған жобалардың бірі болып саналады. (1-кесте, III. 6-сурет) .

6 - сурет. Жердің ішкі құрылысы (Гутенберг - Буллен моделі)

Олар сейсмологиялық, геофизикалық зерттеу жұмыстарының нәтижесінде жоғарыда аталған геосфераларды, олардың физикалық қасиеттерінің өзіндік ерекшеліктеріне қарай әр түрлі зоналарға. ажыратады. Қ. Э. Буллен бұл зоналарды (жоғарыдан төмен қарай) латын алфавитінің А-дан О-ға дейінгі әріптерімен белгілеуді ұсынады. Сонымен, жер жеті кабатқа: А - жер қыртысы; В, С, Д - мантия; Е, Ғ, О - ядро болып жіктеледі.

Жердің сыртқы құрылысыАтмосфера

Атмосфера Жердің ауа қабатын құрайды. Оның жоғарғы шекарасы аса анық емес. Жеке иондардың шамамен 2000 км биіктікте де байқалатындығы белгілі болып отыр. Атмосфераның төменгі шекарасы - Жер беті болып саналады. Бірақ бұл шекара да дәл емес. Өйткені ауа Жердің ішкі қабаттарына да өте алады. Сонымен бірге ол мұхит және теңіз суларында да ерітінді түрінде кездеседі.

Атмосфера Жер бетіндегі өмірдің кепілі. Ол Жерді және Жер бетінде өмір сүретін органикалық дүниені ультракүлгін сәулелердің зиянды әсерінен, сонымен бірге ірілі-ұсақты метеориттердің бомбылауынан сақтайды.

Атмосфераның өзі өте маңызды геологиялық агент (әсер) болып саналады. Ол тау жыныстарының үгілу процесінде ең басты роль атқарады.

Атмосфераның жалпы массасы ~ 5, 15-10 ⁵ т, басқаша айтқанда жер массасының миллионнан бір бөлігін құрайды.

Атмосфера массасының көпшілігі (90%) жер бетінен 16 км-ге дейінгі аралықты алып жатыр. 100 км-ден жоғары биіктікте жалпы атмосфералық ауа массасының миллионнан бір бөлігі ғана орналасқан, ал 30 км-ден жоғары қарай оның көлемі бір проценттен аспайды.

Атмосфера газдардың қоспасынан құралған. Сонымен қатар, оның құрамында азда болса қосымша су буы мен шаң-тозаңдар да бірге кездеседі.

Атмосфераңың негізгі құрамы: азот (78, 08%), оттегі (20, 95%), аргон (0, 93%), көмірқышқыл газы (0, 03%) болып саналады. Олардың жалпы мөлшері 99, 99%, ал қосымша компоненттердің, атап айтқанда озон, сутегі, инертті газдар (Не, Nе, Кг, Хе) және т. б. элементтердің мөлшері 0, 01% Солардың қатарында, өте аз мөлшерде каллоидты бөлшектер, яғни әр түрлі жолдармен пайда болған (ғарыштық және антропогендік) индустриялық түтін, атомдық жарылыс заттары және т. б. шаң-тозаңдар бірге кездеседі. Ауа қабатының ауыспалы және тез өзгергіш компоненттері - радиациялық озон, SО2NО2 О2NН3 (өндірістік) болып есептеледі.

Жер бетінде тоқтаусыз жүріп жатқан экзогендік геологиялық процестер үшін оттегі, көмірқышқыл газы және су буы өте маңызды роль атқарады. Оттегі әр түрлі табиғи заттардың тотығуын және организмдердің ауамен дем алысын (тынысын) қамтамасыз етеді. Ауаның құрамындағы озон (О3) атмосфера қабатының 70 км биіктігіне дейін кездеседі. Әсіресе 20-30 км биіктіктерде атмосфера құрамында озонның болуы, Жерді ультракүлгін және т. б. зиянды ғарыштық сәулелердің әсерінен сақтайды.

Атмосфераның аз болса да өте маңызды бір бөлігі - су буы болып саналады. Су буы бүкіл атмосфера көлемінің 3%-ін ғана алып жатады. Су буының көпшілігі ауа қабатының 3000 м-ден төменгі бөлігінде кездеседі, ал 10-15км-ден жоғары қарай оның мөлшері жоқтың қасы деуге болады.

Ауа қабатының кейбір бөлігінде су булары әдеттегіден көбірек жиналған жағдайда конденсациялық процестерге байланысты бұлттар түзіледі. Кейінірек, олар су тамшыларына немесе мұз кристалдарына айналып, жауын-шашын (жаңбыр, қар және бұршақ) түрінде жерге қайта оралады.

Көмірқышқыл газы және су булары Жер бетіндегі температура шамасын реттеп отыратын регулятор ролін атқарады. Көмірқышқыл газы организмдердің ыдырауы және олардың демалысы кезінде, сонымен қатар вулкандық атқылау процестері кезінде де бөлініп шығып, ауа қабатына қосылып отырады. Олардың көпшілігі өсімдіктердің дем алысына жұмсалады.

Ауа массасы әр уақытта да тоқталмас қозғалыс үстінде болады. Өйткені, Жер бетінің жеке аудандары, материктер мен мұхиттар әр түрлі ендіктерде әр түрлі мөлшерде қызу әрекеттеріне ұшырап отырады. Соның нәтижесінде және Қариолис күшіне байланысты периодты түрде қайталана соғып отыратын желдер (бриздер, муссондар, пассаттар), циклондар және антициклондар пайда болады. Ауа қабатының қозғалысы Жер бетінің жеке аудандарының температуралық өзгерістеріне, басқаша айтқанда, ауа райының қалыптасуына тікелей әсер етеді.

Атмосфера температуралық ерекшеліктеріне қарай әр түрлі қабаттарға жіктеледі (2 -кесте; ) .

2 - кесте

Атмосфера қабаттары

Сфералар

Биіктік

Пауза

Төменгі шекара (км)

Жоғарғы шекара (км)

Сфералар: Тропосфера

Биіктік: 0

Пауза: 8-17

Тропауза

Сфералар: Стратосфера

Биіктік: 9-18

Пауза: 50

Стратопауза

Сфералар: Мезосфера

Биіктік: 55

Пауза: 80

Мезопауза

Сфералар: Термосфера (ионосфера)

Биіктік: 85

Пауза: 700-800

Термопауза

Сфералар: Экзосфера

Биіктік: ˃800

Пауза:

Атмосфераның төменгі бөлігі (полюстер тұсында 8-10 км; экватор тұсында 16-18 км) -тропосфера, одан жоғарғы қабат (55 км-ге дейін) - стратосфера, келесі қабат (55 км-ден 80 км-ге дейін) - мезосфера, одан кейінгі қабат (80 км-ден 800 км-ге дейін) - термосфера, ең соңғы кабат (800 км-ден жоғары қарай) - экзосфера деп аталады. Кейде соңғы аталған қабаттарды (мезотермо мен экзосфера) ионосфера деп те атайды.

Геология үшін тропосфера қабатының маңызы ерекше, өйткені бұл қабат жер бетімен тікелей шекаралас. Сондықтан да тропосфера қабаты жер бетіндегі экзогендік геологиялык процестерге көп әсерін тигізеді.

Жоғарыда айтылғандай газды компоненттердің және су буының, сонымен бірге шаң-тозаңдардың көпшілік бөлігі тропосфера қабатында кездеседі. Бұл қабаттың төменгі жағында орташа жылдық температура +5°С болып, ал биікке жоғарылаған сайын температура біртіндеп төмендей (шамамен әрбір километр сайын -6°С) бастайды.

Тропосфераның жоғары бөлігінде ауа температурасы 60°С-қа дейін (полярлы аймақтарда), ал кейде 80°-85°С-қа дейін (экваториалды аймақтарда) төмендейді.

Тропосфера қабатындағы су булары ең алдымен бұлтқа, кейінірек жауын-шашынға айналады. Жер бетінде жауын-шашын барлық аудандарда бірдей болмайды. Егер жыл сайын жауын-шашын мөлшері Жер бетінен бура айналатын су мөлшерінен көп болса, ылғалды (гумидті) климат, ал керісінше су буының мөлшері жауын-шашыннан артық болған жағдайда құрғақ (аридты) климат қалыптасады.

Ауа қабатының үздіксіз козғалыста болуы тропосфераның ерекшелігі болып саналады. Ауа қабатының қозғалысы температуралық айырмашылыққа және ыстық ауа мен суық ауаның арасындағы тығыздық айырмашылықтарымен тікелей байланысты.

Стратосфера қабатында ауаның температурасы әрбір километр сайын ~ 1-2°С-қа біртіндеп жоғарылап отырады.

Стратосфераның жоғарғы шекарасында температура шамасы 10°С-қа дейін жетеді. Температураның бұл артуы озон қабатымен, ал озонның пайда болуы ультракүлгін сәулелердің (Күн радиациясы кезінде бөлініп шығатын) оттегімен әрекеттесуіне байланысты деп саналады. Осындай жолмен пайда болған озон ультракүлгін сәулелердің жаңа үлесін өз бойына сіңіре отырып, жоғарғы қабаттарға жылу энергиясын бөліп шығарады. Сонымен, стратосфера қабатында тік және көлбеу бағытталған ауа қозғалысы ылғи байқалып отырады.

Мезосфера қабатында “күміс бұлттар” деп аталатын бұлт қабаттары пайда болады. Олар ылғи ~80-85 км биіктікте тұрақты түрде байқалып отырады. Неғұрлым биіктеген сайын температура шамасы төмендей түседі.

Термосферада температура шамасы қайтадан жоғарылай бастайды. Мысалы, 400 км биіктікте температура 1000 -2000°С-қа дейін көтеріледі. Одан жоғары қарай температура тұрақты болып, өзгеріссіз қалады. Термосфера қабатында ауа ультракүлгін сәулелердің әсеріне байланысты ионданады (атомдар электрондарын жоғалтады), соның нәтижесінде электр тоғын өткізетін қасиетке ие болады.

Экзосфера құрамында жеңіл газдардың иондары басым болып, олар орасан-зор жылдамдықпен планетааралық кеңістікке ұшып кетіп жатады.

Ауаның қозғалысы екіге бөлінеді. Әдетте, жер бетінен бастап санағанда ауаның көлденең бағыттағы қозғалысы жел деп, ал тік бағытталған қозғалысы ауа ағыны деп аталады. Олар көптеген жағдайда конвекциялық әрекеттерге байланысты туады.

Ауа қозғалысы атмосфера қысымының жиі өзгеруіне байланысты деп саналады. Оның себебі - Күн энергиясының және Жердің өз осінен айналу жылдамдығының өзгеріп отыруы. Ауа қозғалысы негізінен жоғары қысымнан төменгі қысымға қарай бағытталады.

Жер бетіне жақын аудандарда ауа қозғалысы тұрақты, периодты (мезгіл-мезгіл) және периодсыз (мезгілсіз) болып ажыратылады.

Тұрақты желдер - пассаттар деп аталады. Олар экватор бойымен шығыстан батысқа қарай бағытталып планетарлық масштабта соғады.

Судың және құрлықтың жылыну жылдамдықтарының өзгерістеріне байланысты периодты түрде байқалатын ауа қозғалыстары туады. Олар - муссондар деп аталады. Муссондардың соғуы ауа температурасының маусымға байланысты өзгерістеріне қарай соғады, олардың бағыты жаз айларында теңізден құрлыққа карай, ал қыс айларында құрлықтан теңізге қарай өзгеріп отырады. Ауа температурасының тәуліктік өзгерістері периодты түрде қайталана соғатын желдер (бриздер) туғызады. Олар күндіз теңізден құрлыққа, ал түнге қарай, керісінше құрлықтан теңізге қарай соғады. Периодты түрде қайталана соғатын желдердің қатарына таулы-жазықтық жерлерде байқалатын желдерді де жатқызуға болады. Олар таулы және жазық алкаптардың тәулік бойы әр түрлі жылдамдықпен жылынып-суынып отыратындығымен тікелей байланысты. Мұндай желдердің бағыты күндіз жазық алқаптан тауға қарай, ал түнде таудан жазыққа қарай бағытталады.

Периодсыз соғатын желдердің қатарына құйын, дауыл және циклондарды (тайфун, ураган) жатқызамыз.

Атмосфералық ірі құйындардың (циклондардың) диаметрі ондаған кейде жүздеген км-ге, ал биіктігі 10- 15 км-ге дейін жетеді. Олар солтүстік жарты шарда сағат тілінің қозғалыс бағытына карсы бағытта соғады. Циклондардың орталық бөлігіндегі ауа массасының қысымы өте аз болады.

Антициклондарда ауа массасының қозғалысы сағат тілінің бағыты бойымен соғады. Олардың орталық бөлігінде ауаның қысымы өте жоғары болады.

Циклондар кейде өте тез жылдамдықпен орын ауыстырып отырады, әсіресе тропикалық белдеулерде 200- 250 км/сағ жылдамдықпен қозғала отырып, көп зиян тигізеді.

Тұрақты желдер климаттың қалыптасуына үлкен әсер етеді.

Ауа райы және климат. Ауа райы деп белгілі бір ауданда бір маусымда байқалатын атмосфералық өзгерістерді айтады. Ауа райының қалыптасқан көп жылдық режимін сол аймақтын, климаты дейді.

Климат жағдайы жер бетіндегі экзогендік геологиялық процестердің қарқынды дамуына үлкен әсерін тигізеді.

Мысалы, ас тұзының және тас көмір қабаттарының немесе мұздық және желдік шөгінділердің пайда болуы және т. б. геологиялык әрекеттердің болу-болмауы климат жағдайының ерекшеліктерімен тікелей байланысты. Жер бетінің климат жағдайы, оның географиялық орнына тәуелді келеді.

В. П. Кеппеннің (1900-1936 ж. ж. ) жіктеуі бойынша, климаттық белдеулер - А-ыстық, В-құрғақ, С- қоңырқай жылы, Д-қоңыржай суық, Е-суық болып бес топқа бөлінеді. Бұл жіктелу барлық елдерде кең таралған. Климат жағдайының қалыптасуына құрлық пен теңіздің қарым-қатынасы, бедер ерекшеліктері, өсімдіктер жамылғысының болу-болмауы, тұрақты желдердің бағыты, ауаның ылғалдылығы, мұхиттар мен теңіздерде жылы немесе суық ағындарының болу-болмауы көп әсерін тигізеді. Тропикалық аймақтардың таулы аудандарында климат жағдайы вертикаль бағытта өзгеріп, алмасып отырады: төменде - ыстық, жоғарыда - бірқалыпты қоңыржай, ал ең жоғары биіктікте - суық болып келеді; жылы теңіз ағындары бар болса, онда климат жағдайы суық белдеулердің өзінде де едәуір жұмсарып отырады. Климат температуралық және ылғалдық жағдайларына қарай гумидті (жоғары температуралы немесе бірқалыпты қоңыржай ылғалды), аридті (құрғақ және жылы), нивальды (ылғалды, суық) болып ажыратылады. Әр түрлі зоналардағы климат жағдайының ерекшеліктері геологиялық процестердің даму жылдамдығына әсер етеді. Әсіресе, минералдар мен тау жыныстарының үгілуі, ыдырауы, денудациялық құбылмалы әрекеттердің (желдің, судың, мұздың геологиялық қызметі) әсері климат жағдайына тікелей байланысты.

Жердің өткен тарихында оның суынуы мен жылынуы алма кезек ауысып отырған, соған сәйкес климаттық зоналар да өзгеріп келген. Ескі дәуірлердің климат жағдайын (палеоклиматты) зерттеп - білу геологтар үшін өте маңызды.

Өйткені, көптеген пайдалы қазбалардың (тас көмір, тұздар, фосфорит, боксит, темір рудалары) құралуы климат жағдайларының өзіндік ерекшеліктерімен байланысты.

Гидросфера

Гидросфера - Жердің су қабаты. Ол мұхит, теңіз, көл, өзен суларымен бірге жер асты суларын және мәңгі қар мен мұздық суларын да түгелдей қамтиды. Физикалық қасиеттері мен құрамына қарай олар үшке ажыратылады:

1) мұхиттық сулар (теңіздер мен мұхиттар) ;

2) құрлық сулары мен мұздықтар;

3) жер асты сулары (шекаралық сулар) . Олар жер қыртысында орналасқан.

Гидросфераның жалпы көлемі - 1, 8 млрд. км ³ . Оның көпшілігі (1370 млн. км ³ ) - мұхит сулары, ал жер асты суларының көлемі - 400 млн. км ³ . Бұл сулардың барлығы да табиғи ерітінділер болып саналады. Сондықтан да олардың әрқайсысы азды-көпті мөлшерде минералданған сулар түрінде кездеседі. Құрлык сулары көбінесе тұщы, ал мұхит пен теңіз сулары тұзды (35 г/л немесе 3, 5%) болып келеді. Олардың тұрақтылары еріген заттардың мөлшері мен шөгінді жыныстардың аралығындағы динамикалық тепе-теңдіктің тұрақтылығын көрсетеді.

Құрлық суларының көпшілігі атмосфералық сулар есебінен құралады. Олардың құрамында минералдық тұздар өте аз кездеседі. Материктік сулар мен мұхиттық суларда кездесетін тұздардың химиялық құрамы өзіндік ерекшеліктерімен ажыратылады. Оларды құрайтын иондардың мөлшері бір-біріне кері пропорционал: мұхит суында - Nа+>М£ ² +>Са ² +; С1->SО ₄ ^-2 >НСО _3-; материк суында-- М£ ² +<Nа<Са ² +; С1-<SО ₄ ^-2 <НСО _3-.

Барлық сулар бір-бірімен өте тығыз байланыста болып, табиғи жағдайда үлкен айналымға бірдей қатысады. Күн энергиясы әсерінен сулар буланып бұлттар түзіледі. Олар жер шарының түкпір-түкпіріне таралып, атмосфералық сулар түрінде жер бетіне қайтып оралады. Олардың кейбір бөлігі қайтадан буланып ауа қабатына ұшып кетеді де, ал көпшілігі өзендер мен көлдерге, теңіздер мен мұхиттарға барып қосылады. Жаңбыр мен қар суларының белгілі бір мөлшері жердің топырақ қабатына сіңіп жер асты суларымен араласады. Кейінірек, әр түрлі бұлақтар түрінде жер бетіне шығып жатады. Олар ағын суларға қосылып, өзен суларын молайтады немесе буланып ауаға ұшып кетеді. Сонымен, табиғи айналым әрекеттеріне қарай гидросфераны құрайтын барлық сулар бір жүйеге бірігіп, атмосфера, жер кыртысы және биосфера қабаттарымен тығыз байланыста болады. Әр түрлі химиялық реакцияларға араласады, Сондықтан да гидросфера жер бетінде жүріп жатқан геологиялық әрекеттердің орталығы және жасампаз күші болып саналады.

Биосфера

Биосфера - Жер бетіндегі тіршілік қабаты болып саналады. Ол гидросфера қабатын түгелімен, атмосфераның төменгі бөлігін және жер қыртысының жоғарғы бөліктерін қамтиды. Биосфераны құрайтын тірі дүниенің жалпы массасы 10 ¹⁴ -10 ¹⁶ т-ға дейін жетеді. Органикалық заттардың негізгі массасы көк - жасыл өсімдіктер бойында жиналған. Олар Күн сәулесін жұту арқылы, өз организмінің күрделі мүшелерін құрайды. Бұл процесс (фотосинтез) атмосфераны және жалпы биосфераны оттегімен қамтамасыз етеді. Химиялық көзқарас бойынша, фотосинтез (қайта құру) тотығу реакциясы (СО ₂ + Н ₂ О->--э-СН ₂ О + С>2) нәтижесінде жүріп жатады: көмір қышқылы мен су қосылысы кезінде органикалық заттар түзіліп, оттегі жеке бөлініп шығады. Тірі организмнің өлімі кезінде фотосинтезге қарама-карсы процесс органикалық заттың тотығуы байқалып, бұзылу немесе ыдырау заттары құралады. Бұл процесс Жер шарында фотосинтезбен тепе-теңдік жағдайда жүріп жатады. Сондықтан Жер бетіндегі биомассаның жалпы мөлшері тұрақты болып келеді.

Гидросфераның газды кұрамының, атмосфераның және жер қыртысында кездесетін химиялық элементтердің құралып жиналуына әсер ететін орасан зор күш органикалық заттар екендігін дұрыс түсініп, алғаш рет өз-еңбектерінде көрсете білген академик В. И. Вернадский болды. Ол жер қыртысының және биосфераның қалыптасуында органикалық дүниенің атқаратын ролін зерттеуге негізделген геологиялық жаңа ғылым бағытының, яғни биогеохимияның іргетасын (фундаментін) қалады. Тірі организмнің негізгі құрамы - көміртегі, оттегі, сутегі және азот, аз мөлшерде күкірт, калий, фосфор, иод, марганец, мырыш - барлығын қосып есептегенде 70-ке жуық химиялық элементтерден тұрады.

Микроорганизмдер мен өсімдіктер қоршаған ортадан химиялық элементтер мен әр түрлі тұздарды өз бойларына сіңіре отырып темір, күкірт, фосфор секілді пайдалы қазбалардың құралып, бір жерге жиналуына әсер етеді.

Өсімдіктер дүниесінің шірінді калдықтарынан көмір мен торф қабаттары құралады, ал жануарлар мен жәндіктер дүниесінің калдықтары өсімдіктер қалдықтарына қосылып, бірге кездесетін жағдайларда табиғи газдар мен мұнай қабаттары пайда болады.

Органикалық дүниемен байланысты диатомиттер мен радиоляриттер, әктас және бор қабаттары құралады. Бірақ органикалық заттардың геологиялық процестерге тигізетін әсері барлық уақытта және барлық жерде бірдей емес.

Бір жағдайда тау жыныстары бұзылып жатса, екінші бір жағдайда олар жасампаздық қызмет атқарады. Биосфера, жер қыртысы, гидросфера және атмосфера қабаттары араларындағы қарым-қатынас геодинамикалық процестерге арналған жеке тарауларды талдау кезінде кеңірек қарастырылады.