Крупные формы рельефа называются морфоструктурами (например, горные хребты, плато). Сравнительно мелкие формы рельефа образуют морфоскульптуры (например, карст).

Основные планетарные структуры Земли — материки и океаны. В пределах материков выделяют крупные структуры второго порядка — складчатые пояса и платформы, которые отчетливо выражены в современном рельефе.

Платформы — это устойчивые в тектоническом отношении участки земной коры обычно двухъярусного строения: нижний, образованный древнейшими породами, называют фундаментом, верхний, сложенный преимущественно осадочными породами более позднего возраста — осадочным чехлом. Возраст платформ оценивают по времени формирования фундамента. Участки платформ, где фундамент погружен под осадочный чехол, называют плитами (например, Русская плита). Места выхода на дневную поверхность пород фундамента платформы называют щитами (например, Балтийский щит).

На дне океанов выделяются тектонически устойчивые участки — талассократоны и подвижные тектонически активные полосы — георифтогенали.Последние пространственно соответствуют срединно-океаническим хребтам с чередованием поднятий (в виде подводных гор) и опусканий (в виде глубоководных впадин и желобов). Совместно с вулканическими проявлениями и локальными поднятиями океанического дна океанические геосинклинали создают специфические структуры островных дуг и архипелагов, выраженных на северных и западных окраинах Тихого океана.

Контактные зоны между континентами и океанами подразделяют на два типа: активные и пассивные. Первые представляют собой очаги сильнейших землетрясений, активного вулканизма и значительного размаха тектонических движений. Вторые являют пример постепенной смены континентов через шельфы и материковые склоны к океаническому дну.

Динамика литосферы. Представления о механизме формирования земных структур разрабатываются учеными различных направлений, которые можно объединить в две группы. Представители фиксизма исходят из утверждения о фиксированном положении Континентов на поверхности Земли и преобладании вертикальных движений в тектонических деформациях пластов земной коры. Сторонники мобилизма первостепенную роль отводят горизонтальным движениям. Основные идеи мобилизма были сформулированы А. Вегенером (1880—1930) как гипотеза дрейфа материков. Новые данные, полученные во второй половине XX в., позволили развить это направление до современной теории неомобилизма, объясняющей динамику процессов в земной коре дрейфом крупных литосферных плит.

Согласно современному строению земной коры, в центральных частях океанов границами литосферных плит являются срединно-океанические хребты с рифтовыми (разломными) зонами вдоль их осей. По периферии океанов, в переходных зонах между континентами и ложем океанического бассейна, сформировались геосинклинальные подвижные пояса со складчато-вулканическими островными дугами и глубоководными желобами вдоль их внешних окраин. Существует три варианта взаимодействия литосферных плит: расхождение, или спрединг; столкновение, сопровождающееся в зависимости от типа контактирующих плит субдукцией, эдукцией или коллизией; горизонтальное скольжение одной плиты относительно другой. Касаясь проблемы возникновения океанов и материков, надо отметить, что в настоящее время она чаще всего решается путем признания раздробленности земной коры на ряд плит, раздвижение которых и вызвало образование огромных понижений, занятых океанскими водами.

Формирование современного облика Земли. В течение всей истории Земли расположение и конфигурация континентов и океанов постоянно изменялись. Согласно геологическим данным, континенты Земли объединялись четыре раза. Реконструкция этапов их становления за последние 570 млн лет (в фанерозое) свидетельствует о существовании последнего суперконтинента — Пангеи с достаточно мощной, до 30—35 км континентальной корой, сформировавшегося 250 млн лет назад, который распался на Гондвану, занявшую южную часть земного шара, и Лавразию, объединившей северные континенты. Распад Пангеи привел к раскрытию водного пространства, первоначально — в виде палео-Тихого океана и океана Тетис, а в дальнейшем (65 млн лет назад) — современных океанов. Сейчас мы наблюдаем, как континенты расходятся. Трудно предположить, какова будет дислокация современных континентов и океанов в будущем. По данным С. В. Аплонова, возможно их объединение в пятый суперконтинент, центром которого станет Евразия. В. П. Трубицын считает, что через миллиард лет материки вновь могут собраться у Южного полюса.

Атмосфера — это внешняя газовая оболочка Земли. Нижней границей атмосферы является земная поверхность. Верхняя граница проходит на высоте 3000 км, где плотность воздуха становится равной плотности вещества в Космосе.

Воздух атмосферы удерживается у земной поверхности силой притяжения. Общий вес атмосферы равен 5,136×1015 т (по другим источникам — 5,9×1015 т), что соответствует весу равномерно распределенного по Земле слоя воды в 10 м или слоя ртути толщиной в 76 см. Вес вышележащего столба воздуха определяет величину атмосферного давления, которое у земной поверхности в среднем составляет 760 мм рт. ст., или 1 атм (1013 гПа, или 1013 мбар).

Плотность воздуха на уровне моря при температуре 15°С в среднем составляет 1,2255 кг/м3, или 0,0012 г/см3, на высоте 5 км — 0,735 кг/см3, 10 км — 0,411 кг/см3, 20 км — 0,087 кг/см3. На высоте 300 км плотность воздуха уже в 100 млрд раз меньше, чем у поверхности Земли.

Состав атмосферы. Атмосфера состоит из постоянных и переменных компонентов (табл. 5.2). К постоянным относятся азот (78% по объему), кислород (21%) и инертные газы (0,93%). Постоянство количества активных компонентов азота и кислорода определяется равновесием между процессами выделения свободного кислорода и азота (преимущественно живыми организмами) и их поглощением в ходе химических реакций. Инертные газы не участвуют в реакциях, происходящих в атмосфере. Переменными составляющими являются диоксид углерода, водяной пар, озон, аэрозоли.

Таблица 5.2. Состав атмосферы

Водяной пар задерживает до 60% теплового излучения планеты. Водяной пар выполняет и другую важную функцию, за что его называют «основным топливом» атмосферных процессов. При испарении влаги (а именно таким путем атмосфера пополняется водяным паром) значительная часть энергии (примерно 2500 Дж) переходит в открытую форму, а затем выделяется при конденсации. Обычно это происходит на высоте облачного покрова. В результате таких фазовых переходов большое количество энергии перемещается в пределах географической оболочки, «питая» различные атмосферные процессы, в частности — тропические циклоны.

Содержание диоксида углерода довольно быстро убывает с высотой, понижаясь практически до нуля на верхней границе атмосферы. Углекислый газ задерживает до 18 % теплового излучения Земли. Кроме того, это основной материал для построения зелеными растениями органического вещества.

Водяной пар и диоксид углерода служат природными атмосферными фильтрами, задерживающими длинноволновое тепловое излучение земной поверхности. Благодаря этому возникает парниковый эффект, который определяет общее повышение температуры земной поверхности на 38°С (ее среднее значение +15°С вместо -23°С).

Аэрозольные частицы — это находящиеся во взвешенном состоянии минеральная и вулканическая пыль, продукты горения (дым), кристаллики морских солей, споры и пыльца растений, микроорганизмы. Содержание аэрозолей определяет уровень прозрачности атмосферы. В связи с активной антропогенной деятельностью запыленность атмосферы увеличилась. Как показывают эксперименты, при большой запыленности величина приходящей к Земле солнечной радиации может понижаться, что ведет к изменениям погоды и климата планеты. Наиболее крупные аэрозоли — ядра конденсации — способствуют превращению водяного пара в водяные капли (облака).

Вертикальное строение атмосферы. Атмосферу подразделяют на пять оболочек.

Нижняя часть атмосферы, непосредственно прилегающая к земной поверхности, называется тропосферой. Она простирается над полюсами до высоты 8 км, в умеренных широтах — до 10—11 км, над экватором — до 16—17 км. Здесь сосредоточено около 80% всей массы атмосферы. Наблюдаемое понижение температуры в этом слое (в среднем 0,6°С на 100 м) связано с расширением воздуха под воздействием уменьшения с высотой внешнего давления, а также с переносом теплоты от земной поверхности. При средней для всей Земли годовой температуре воздуха +15°С на уровне моря, на верхней границе тропосферы она понижается до -56°С. Понижение температуры воздуха, так же как и других метеорологических величин, не всегда выдерживается, а в ряде случаев отклоняется от нормального, образуя инверсии. Последние определяются местными географическими причинами.

Физические свойства воздуха тропосферы во многом обусловлены характером взаимодействия с подстилающей поверхностью. Вследствие непрерывного перемешивания воздуха его состав во всей толще тропосферы постоянный. Тропосфера содержит основное количество всей атмосферной влаги.

Вблизи верхней границы тропосферы располагается переходный слой — тропопауза мощностью около 1 км.Выше тропопаузы не поднимаются вертикальные токи воздуха, обусловленные различиями его нагревания и увлажнения от земной поверхности (атмосферная конвекция).

Выше тропосферы, примерно до 50 км, располагается стратосфера. Ранее ее принимали за изотермический слой со средней температурой -56°С. Однако новые данные показали, что изотермия наблюдается только в ее нижней части, приблизительно до 20 км, а у верхней границы температура повышается до 0°С. Стратосфера охвачена мощной горизонтальной циркуляцией с элементами вертикальных движений, что способствует активному перемешиванию воздуха. Антропогенное загрязнение фактически исключено, но сюда проникают продукты интенсивных вулканических выбросов, сохраняющиеся довольно длительное время и влияющие на космическое излучение, включая солнечное.

Особенностью стратосферы является озоновый слой, в формировании которого принимает участие следующий физико-химический механизм. Поскольку атмосфера избирательно пропускает через себя электромагнитное излучение Солнца, солнечная радиация распределяется на земной поверхности неравномерно. Входящий в состав воздуха кислород взаимодействует с коротковолновой ультрафиолетовой (УФ) радиацией, и когда молекула кислорода О₂ поглощает УФ свет достаточной энергии, она распадается:

О₂ + УФ свет → О + О

Атомарный кислород очень активен и присоединяет молекулу кислорода, образуя молекулу озона:

атомарный кислород (О) + молекулярный кислород (О₂) → озон (О₃)

Обычно это происходит на высоте примерно 25—28 км от земной поверхности, где и образуется слой озона. Озон сильно адсорбирует ультрафиолетовые лучи, которые губительны для живых организмов.

Над стратосферой до высоты 80—90 км располагается мезосфера. Температура в этом слое вновь понижается и достигает -107°С. На высоте 75—90 км наблюдаются «серебристые облака», состоящие из кристалликов льда.

До высоты примерно 800—1000 км располагается термосфера. Здесь температура воздуха снова повышается до 220°С на высоте 150 км и 1500°С — на высоте 600 км. Воздух термосферы состоит преимущественно из азота и кислорода, однако выше 90—100 км короткие волны солнечной радиации вызывают распад молекул О₂ на атомы и здесь преобладает атомарный кислород. Выше 325 км азот также диссоциирует. Соотношение между азотом и кислородом, характерное для нижних слоев атмосферы (78 и 21%), на высоте 200 км меняется и составляет соответственно 45 и 55%. Под действием ультрафиолетовых и космических лучей частицы воздуха в термосфере электрически заряжены, с чем связано возникновение полярных сияний. Термосфера поглощает рентгеновское излучение солнечной короны и способствует распространению радиоволн.

Выше 1000 км располагается экзосфера. Скорость движения атомов и молекул газов достигает здесь третьей космической скорости (11,2 км/с), что позволяет им преодолевать земное притяжение и рассеиваться в космическом пространстве.

Основные черты воздушной циркуляции в тропосфере.Воздушная циркуляция обусловлена неравномерным распределением ат мосферного давления у земной поверхности, следствием чего являются системы ветров - направленных перемещений воздуха из области высокого давления в область низкого. Барическое поле слагаемое различными воздушными массами, состоит из отдельных барических систем, среди которых различают циклоны (область низкого давления в центре и движение воздуха против часовой стрелки) и антициклоны (область высокого давления в центре и движение воздуха по часовой стрелке), барические депрессии и гребни ложбины и седловины. Различают постоянные центры действия атмосферы - области высокого или низкого давления, существующие круглый год или в определенный сезон (Исландский и Алеутский минимумы, Азорский, Гавайский, Сибирский максимумы). Преобладающие переносы воздушных масс и их динамика проявляются в пассатных, муссонных, бризовых циркуляциях, в формировании и миграции квазистационарных воздушных фронтов на поверхности Земли (типа внутритропической зоны конвергенции) Особый интерес представляют тропические циклоны, называемые в Атлантическом океане ураганами, в Тихом - тайфунами которые весьма значительно вмешиваются в повседневную жизнь жителей многих прибрежных стран Центральной Америки, Юго-Восточной Азии и других регионов. Основными параметрами барических систем являются траектория, скорость перемещения, радиус действия, атмосферное давление в центре образования. Перемещающиеся циклоны оказывают влияние на подстилающую поверхность, нарушая нормальное распределение гидрометеорологических величин, обусловливая штормы на суше и море.

Воздушные массы и атмосферные фронты.Вследствие различии солнечного тепла на Земле и характера подстилающей поверхности (суша, океан) воздух тропосферы в горизонтальном направлении распадается на отдельные воздушные массы - большие объемы воздуха, обладающие относительно однородными свойствами и движущиеся как единое целое в общей циркуляции атмосферы.

Свойства воздушных масс зависят от географической широты и характера подстилающей поверхности (материки или океаны). Выделяют следующие типы воздушных масс: экваториальный, тропический воздух умеренных широт и арктический (антарктический).

Экваториальный воздух образуется в экваториальной полосе и характеризуется высокой температурой и влажностью. Эти свойства сохраняются не только над сушей, но и над океаном, поэтому его не подразделяют на континентальный и морской. В теплый период экваториальный воздух заходит в субэкваториальный пояс, принося сюда обильные осадки.

Тропический воздух (морской и континентальный) представлен воздушными массами, формирующимися в тропических и субтропических широтах над океанами и материками. В летнее время континентальный тропический воздух образуется над аридными районами умеренных широт (Средняя Азия, Монголия, Северный Китай, Большой бассейн в Северной Америке).

Воздух умеренных широт (морской и континентальный) формируется в обоих полушариях и отличается большим разнообразием. Континентальный воздух приобретает свои характерные свойства над материками. В летний период воздух сильно прогревается и становится влажным, приближаясь по своим свойствам к континентальному тропическому воздуху. Зимой континентальный воздух сильно охлаждается и становится сухим из-за небольшого испарения. Морской умеренный воздух формируется над океанами в средних широтах и отличается повышенной влажностью и умеренной температурой. Зимой он приносит оттепели и осадки, летом — прохладную и пасмурную погоду с осадками.

Арктический и антарктический воздух образуется над ледовыми и снежными поверхностями северных и южных полярных регионов, сильно выхолаживающимися в холодный период года. Для него характерны низкие температуры, малое содержание влаги и высокая прозрачность. Различают континентальный арктический (антарктический) воздух, формирующийся над ледниками Гренландии, Антарктиды, островами арктического бассейна, а зимой и над замерзшими участками океанов, и морской арктический (антарктический) воздух, формирующийся над открытыми поверхностями Северного Ледовитого и Южного океанов. Первый — очень холодный и сухой, второй — более теплый и влажный. Вторжение арктического (антарктического) воздуха в умеренные широты всегда приносит похолодание летом и морозы зимой.

Одновременно в тропосфере формируются несколько десятков типов воздушных масс. Эти области контактируют друг с другом в зонах, получивших название атмосферных фронтов — пограничных слоях, ширина которых достигает нескольких десятков километров. Атмосферные фронты — наиболее динамичные части тропосферы.

Роль атмосферы в географической оболочке исключительно велика. Атмосфера преобразует поступающую солнечную энергию. Она поддерживает жизнь на Земле, защищая земную поверхность от охлаждения и регулирует распределение тепла и влаги. Атмосфера служит щитом против метеоритов (испаряя или сжигая их высоко над Землей) и предохраняет организмы от ультрафиолетовой радиации.

Гидросфера — совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических и атмосферных. Иногда воды океанов и морей объединяют в своеобразную часть гидросферы — океаносферу. Это логично, ибо подавляющая часть воды сосредоточена в океанах и морях.

Возникновение воды на Земле обычно связывают с конденсацией водяных паров вулканических извержений, происходивших с начала формирования планеты. Доказательством наличия воды в геологическом прошлом являются осадочные горные породы, имеющие горизонтальную слоистость, которая отражает неравномерное осаждение минеральных частиц в водной среде. Такие породы известны и их возраст датируется 3,8—4,1 млрд лет. Однако появление капельной воды могло быть и раньше — в воздухе, на поверхности планеты, в пустотах горных пород. Для того, чтобы вода могла сконцентрироваться в понижениях земной поверхности и образовать бассейны, должно было произойти обводнение изначально обезвоженных горных пород. Первичные воды были сильно минерализованы, что связано с растворением в них различных веществ, выделявшихся вместе с водяным паром при вулканических проявлениях. Пресные воды появились позднее. Возможно, что дополнительным источником воды на Земле были ледяные кометы, вторгавшиеся в атмосферу. Такой процесс наблюдается и в настоящее время, как и образование воды при конденсации паров вулканических извержений. Структурные части гидросферы приведены в табл. 5.3.

Физико-химические свойства воды.Вода — самое удивительное вещество на свете. Несмотря на то что А. Цельсий использовал для температурной шкалы точку таяния воды как 0° и точку ее кипения как 100°, эта жидкость может замерзать при температуре 100 °С и оставаться в жидком состоянии при -68°С в зависимости от содержания кислорода и атмосферного давления. Она обладает многими аномальными свойствами.

Пресная вода не имеет запаха, цвета и вкуса, тогда как морская вода обладает вкусом, цветом и может иметь запах. В естественных условиях только вода встречается в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (водяной пар).

Присутствие солей в воде изменяет ее фазовые превращения. Пресная вода на поверхности суши при давлении в одну атмосферу имеет температуру замерзания 0°С и температуру кипения 100°С. Морская вода при давлении в одну атмосферу и при солености 35‰ имеет температуру замерзания около -1,9°С и температуру кипения 100,55°С. Температура кипения зависит от атмосферного давления: чем больше высота над землей, тем она меньше. Вода — универсальный растворитель: она растворяет больше солей и прочих веществ, чем любое другое вещество. Это химически стойкое вещество, которое трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые стойкие горные породы.

Таблица 5.3 Объем воды и активность водообмена различных частей гидросферы

При замерзании вода расширяется, увеличивая свой объем примерно на 10%. Плотность пресной воды составляет 1,0 г/см³, морской — 1,028 г/см³ (при солености 35‰), пресного льда — 0,91 г/см³ (поэтому лед плавает в воде). Плотность же других тел (кроме висмута и галлия) при переходе из жидкого состояния в твердое увеличивается. Вода обладает большой удельной теплоемкостью, т.е. способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало при этом нагреваться. Это свойство чрезвычайно важно, так как вода стабилизирует климат планеты.

Мировой океан (океаносфера) — единая непрерывная водная оболочка Земли, которая включает океаны и моря. В настоящее время выделяют пять океанов: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый (Арктический по зарубежным классификациям) и Южный (Антарктический). Согласно международной классификации, насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные.

Объем вод Мирового океана составляет 1340—1370 млн км³. Объем суши, поднимающейся над уровнем моря, составляет 1/18 объема океана. Если бы поверхность Земли была совсем ровной, океан покрывал бы ее слоем воды в 2700 м.

Воды Мирового океана составляют 96,5% объема гидросферы и покрывают 70,8% поверхности планеты (362 млн км²). Благодаря огромной водной массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функции планетарного терморегулятора.

Химический состав вод Мирового океана. Морская вода — особый тип природных вод. Формула воды Н2О верна и для морской воды. Однако помимо водорода и кислорода в морской воде содержатся 81 из 92 встречающихся в естественных условиях элементов (теоретически в морской воде могут быть найдены все существующие в природе элементы таблицы Менделеева). Большинство из них находится в чрезвычайно малых концентрациях.

В 1 км3 морской воды содержится около 40 т растворенных твердых веществ, которые определяют ее важнейшее свойство — соленость. Соленость выражается в промилле (0,1%) и ее средняя величина для океанских вод равна 35‰. Температура воды и соленость определяют плотность морской воды.

Основные из них, входящие в состав морской воды, приведены ниже.

1. Твердые вещества, составляющие в среднем 3,5% (по массе). Больше всего в морской воде содержится хлора (1,9%), т.е. более 50% всех растворенных твердых веществ. Далее следуют: натрий (1,06%), магний (0,13%), сера (0,088%), кальций (0,040%), калий (0,038%), бром (0,0065%), углерод (0,003 %). Главные растворенные в морской воде элементы образуют соединения, основные из которых: а) хлориды (NaCl, MgCl) — 88,7%, которые придают морской воде горьковато-соленый вкус; б) сульфаты (MgSO₄, CaSO₄, K₂SO₄) — 10,8%; в) карбонаты (СаСО₃) — 0,3%. В пресной воде наоборот: больше всего карбонатов (60,1%) и меньше всего хлоридов (5,2%).

2. Биогенные элементы (питательные вещества) — фосфор, кремний, азот и др.

3. Газы. В морской воде содержатся все атмосферные газы, но в иной пропорции, чем в воздухе: преобладает азот (63%), который в силу своей инертности не участвует в биологических процессах. Далее следуют: кислород (около 34%) и углекислый газ (около 3%), присутствуют аргон и гелий. В тех морских районах, где отсутствует кислород (например, в Черном море), образуется сероводород, который в атмосфере при нормальных условиях отсутствует.

4. Микроэлементы, присутствующие в малых концентрациях.

Географические закономерности распределения температуры воды и солености. Температура воды понижается в направлении от экватора к полюсам, а для солености характерны выраженный минимум в приэкваториальной области, два максимума в тропических широтах и пониженные значения у полюсов. Чередование очагов пониженной и повышенной солености у экватора и в тропиках объясняется обилием атмосферных осадков в экваториальной полосе и превышением испарения над количеством осадков у северного и южного тропиков.

Температура воды с глубиной понижается. Эта закономерность свойственна для Мирового океана в целом, однако изменения температуры воды и солености различаются в его отдельных частях, что объясняется рядом причин (например, временем года). Наибольшие изменения происходят в верхнем слое до глубины 50—100 м. С глубиной различия стираются.

Водные массы — это большой объем воды, формирующийся в определенном районе Мирового океана и обладающий относительно постоянными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Согласно В.Н.Степанову (1982), по вертикали выделяют следующие водные массы: поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные.

Среди поверхностных водных масс выделяют экваториальные, тропические (северные и южные), субтропические (северные и южные), субполярные (субарктические и субантарктические) и полярные (арктические и антарктические) водные массы.

Границами различных типов водных масс являются пограничные слои: гидрологические фронты, зоны дивергенций (расхождения) или конвергенции (схождения) вод.

Поверхностные воды наиболее активно взаимодействуют с атмосферой. В поверхностном слое происходит интенсивное перемешивание вод, он богат кислородом, углекислым газом и живыми организмами. Их можно назвать водами «океанической тропосферы».

Наряду с поверхностными течениями в Мировом океане существуют противотечения, подповерхностные и глубинные движения вод, а также вертикальное перемешивание, приливоотливные течения, колебания уровня.

Рельеф дна Мирового океана. В рельефе дна Мирового океана выделяют следующие структуры: шельф (материковая отмель), обычно ограниченный изобатой 200 м, материковый (континентальный) склон до глубины 2000—3000 м и ложе океана. Согласно другой классификации, выделяют: литораль (и сублитораль), батиаль, абиссаль. Участки сглубиной свыше 6000 м составляют не более 2% площади океанского дна с глубиной менее 200 м — примерно 7%.

Роль океаносферы. Разнообразные (тепловые, механические, физические, химические и др.) процессы, протекающие на огромной (более 70% поверхности Земли) акватории Мирового океана оказывают существенное влияние на процессы, происходящие на суше и в атмосфере. Химические элементы, входящие в состав морской воды, участвуют в процессах газо-, массо- и влагообмена на границах гидросфера — литосфера — атмосфера. Гидрохимические процессы влияют на животный и растительный мир не только океана, но и планеты в целом. Постоянный газообмен с атмосферой регулирует газовый баланс Земли: содержание диоксида углерода в морской воде в 60 раз больше, чем в атмосфере.

Воды суши, несмотря на сравнительно небольшой объем, играют огромную роль в процессах функционирования географической оболочки и жизнедеятельности организмов. Следует заметить, что не все воды суши пресные, есть соленые озера и источники. Ионный состав пресной и морской воды приведен в табл. 5.4.

Реки — наиболее активный представитель пресных вод суши. К рекам относят постоянные и относительно крупные водотоки. Водотоки меньших размеров называют ручьями. Рельеф, геологическое строение, климат, почвы, растительность влияют на режим рек и формируют их природный облик. Река имеет исток — место, откуда она начинается, и устье — место непосредственного впадения реки в приемный водоем (озеро, море, река). Устье может разветвляться, образуя дельту реки. Участок суши, по которому протекает река, называется руслом. Главная река и ее притоки составляют речную систему. Реки, впадающие в Мировой океан, образуют эстуарии — обширные пространства смешения речной и морской воды. Эстуарии в значительной степени находятся под влиянием океанических вод.

Таблица 5.4. Ионный состав речной и морской воды (по П.Вейлю, 1977)

Характер стока рек связан с их питанием, которое бывает дождевым, снеговым, ледниковым и подземным, и определяется климатическими условиями в речном бассейне. Участки земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда река получает питание, называется водосбором.

Реки производят значительную работу, размывая русло, транспортируя и отлагая продукты размыва — аллювия. Они не только механически разрушают, но и растворяют горные породы. Речные отложения образуют порой обширные аллювиальные равнины площадью в миллионы километров.

Озера — естественный водоем суши с замедленным водообменом, не имеющий прямой связи с океаном. Для его образования необходимо наличие замкнутого понижения земной поверхности (котловины). Озера занимают общую площадь приблизительно в 2 млн км², а суммарный объем их вод превышает 176 тыс. км³. По условиям образования котловины, размерам, химическому составу вод, термическому режиму озера очень разнообразны. Немало создано и искусственных озер — водохранилищ (около 30 тыс.), объем воды в которых составляет более 5 тыс. км³. Примерно половина озерных вод — соленые, причем основная их часть сосредоточена в самом большом бессточном озере — Каспийском море (76 тыс. км³). Из пресных озер крупнейшими являются Байкал (23 тыс. км³), Танганьика (18,9 тыс. км³), Верхнее (16,6 тыс. км³). Режим озер характеризуется притоком тепла, колебаниями уровня воды, течениями, условиями водообмена, ледовитостью и др. Крупные озера во многом определяют климатические условия прилегающих территорий (например, Ладожское оз.).

Болота — это области суши, характеризующиеся избыточным увлажнением, застойным или слабо проточным режимом вод и гидрофитной растительностью. Они занимают площадь 2,7×10⁶ км², или около 2% поверхности суши. Объем болотных вод мира составляет около 11,5 км³, что в 5 раз превышает разовый объем воды в реках. Возникновение болот связано как с климатическими условиями (избыток влаги), так и с геологическим строением территории (близость водоупорного горизонта), которые способствуют заболачиванию суши или зарастанию водоемов. В некоторых районах умеренных и субполярных широт роль водоупора выполняет вечная мерзлота. Специфическим образованием болот является торф.

Подземные воды — это воды, находящиеся в горных породах в жидком, твердом или газообразном состоянии. Согласно последним исследованиям, содержание воды в горных породах в пределах литосферы превосходит данные, указанные в табл. 5.3, и составляет около 0,73 — 0,84 млрд км³. Это всего лишь вдвое меньше, чем ее содержится в морях, океанах и поверхностных водоемах, включая и мировые запасы льда. Вода скапливается во всевозможных пустотах — каналах, трещинах, порах. Установлено, что ниже уровня грунтовых вод до глубины 4 — 5 км и более почти все пустоты горных пород заполнены водой. По данным глубокого бурения, вода в пустотах горных пород находится на глубине более 9,5 км, т. е. ниже среднего уровня дна Мирового океана.

Криосфера — прерывистая и непостоянная по конфигурации оболочка Земли в зоне теплового взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы с отрицательными или нулевыми температурами, при которых вода находится в твердой фазе (лед, снег, иней, мерзлота) или в переохлажденном состоянии.

Вода в твердом состоянии представляет собой кристаллизующийся минерал — лед, наличие которого в литосфере, гидросфере и атмосфере придает им новые качества и позволяет выделить особые сферы (зоны): криолитосферу — зону мерзлых горных пород, криогидросферу — зону морских льдов, хионосферу — зону отрицательных температур в атмосфере. Следовательно, криосфера занимает особое место среди и внутри геосфер и может рассматриваться самостоятельно, но фактически это определенное состояние частных геосфер.

Распространение криосферы тесно связано с природными условиями различных районов — суровой Арктики и Антарктики, высокими горами и равнинами полярных областей, где резко континентальный климат становится причиной превращения подземных вод в лед вечной мерзлоты. Для криосферы характерна глобальная дисимметрия, когда в районах с холодным морским климатом или влажным континентальным образуются льды наземные (ледники), а в районах холодного сухого континентального климата — льды подземные.

Ледяной покров. Современное оледенение включает: оледенение поверхности суши и верхних горизонтов земной коры и ледяной покров гидросферы — плавучие (пресноводные и морские) льды. Лед следует рассматривать как природный материал, который в течение сезонов года непрерывно меняет свои свойства. Даже в одном и том же географическом районе, на одном и том же месте лед осенью и весной настолько различен по своим физико-механическим свойствам, что представляет собой разные физические тела. В природе встречается только одна обычная фаза замерзшей воды — лед. Кроме нее существуют пять других устойчивых и одна неустойчивая разновидности льда (по другим источникам, на Земле существует 14 различных типов льда). Однако они появляются лишь при огромном давлении и могут быть получены только в лабораторных условиях.

Льды суши встречаются в форме временных (сезонных) образований, появляющихся в холодное время года, и в виде многолетнего ледяного покрова, включающего наземные, плавучие и сползающие с берега шельфовые ледники, а также подземные льды в районах вечной мерзлоты. Общая площадь многолетних и сезонных снегов составляет 115 млн км², или 22 % земной поверхности. При современных климатических условиях квазипостоянный ледяной покров суши состоит преимущественно из ледников.

Ледники покрывают примерно 10% всей площади суши, причем 11% ледникового льда находится в Гренландии, 85,6% в Антарктиде и только 3,4% в горных и субполярных районах. Однако эти относительно небольшие площади ледяной суши в горах играют огромную роль в жизни планеты и людей. В период максимального распространения ледников — плейстоценовую эпоху оледенения они занимали 32% суши.

Практически все горы мира охвачены современным оледенением. Распространение ледников подчиняется широтной географической зональности и высотной поясности, поэтому в зависимости от географической широты ледники находятся на разной абсолютной высоте.

Вечная мерзлота — это часть земной коры, которая характеризуется средней нулевой или отрицательной температурой. Площади, занятые вечной мерзлотой, составляют 21 млн км², или 14% суши. Из них только 4,7% находится в Южном полушарии, а 95,7 % расположены в Северном, главным образом, на северо-востоке Евразии, в Канаде, на островах Арктики и в Гренландии. Объем подземных льдов оценивается в 0,2 млн км³. Максимальной мощности (1500 м) слой вечной мерзлоты достигает в верховьях р. Мархи (приток Вилюя).

Мерзлые грунты, как и ледники, отражают не только современные климатические условия, но и обстановку прошлых эпох. Обладая большой инерцией, они сохраняются некоторое время даже при потеплении климата.

Плавучие льды. Образование плавучего льда довольно драматическое событие в жизни природы, поскольку замедляется обмен между океаном и атмосферой, происходящий обычно через поверхность двух сред — жидкой и газообразной.

Плавучий лед образуется при охлаждении воды ниже точки замерзания, которая различна для пресной и морской воды. С понижением температуры плотность воды увеличивается, и, опускаясь, холодная вода вытесняет более теплую к поверхности. Такой процесс называется конвекцией. Если охлаждение продолжается, то мощность смешанного слоя будет увеличиваться. Когда поверхностный слой воды охладится до точки замерзания и перестанет опускаться, начнется льдообразование. Другим условием образования льда является наличие ядер кристаллизации, вокруг которых идет интенсивное нарастание льда. По мере роста ледяные кристаллы смерзаются друг с другом и образуют пластичный слой льда.

По своим физическим и механическим свойствам морской лед отличается от пресноводного, что обусловлено соленостью морской воды. Соленость льда колеблется от 0 до 15‰, составляя в среднем 3—8‰. По шкале твердости минералов твердость пресного льда при 0°С близка к твердости каменной соли, при -30°С равна твердости плавикового шпата и его не берет даже стальная пила. Плавучие льды классифицируют по: происхождению (морские, речные, или выносимые в море, и материковые, или глетчерные), типу (ледяные иглы, сало, снежура, шуга, нилас и др.), возрасту (начальные стадии образования, молодые и многолетние, или паковые — опресненные льды возрастом более двух лет, мощность которых около 2—2,5 м). Особое место в этом подразделении занимают айсберги, которые формируются на суше. Ледяное кольцо вокруг Антарктиды имеет ширину от 280 до 1100 миль (1 морская миля равна 1852 м). Средняя граница распространения льдов в Южном полушарии проходит около 59° ю.ш., однако ее истинное положение также зависит от гидрометеорологических условий и сектора

Роль ледяного покрова.Вода в твердом состоянии также играет важную роль в реализации влаго- и теплообмена земной поверхности. Во-первых, ледяной и снежный покровы участвуют в энергетическом бюджете Мирового океана. Вода — хороший поглотитель солнечной энергии, а лед, в особенности пресный, и снег — очень хорошие отражатели. Если чистая вода поглощает около 80 % поступающей радиации, то морской лед может отражать до 80 % и более. Вследствие этого суша и океаны получают меньше солнечной радиации, так как значительная часть ее отражается ледяной поверхностью. Во-вторых, образование морского льда в значительной мере уменьшает взаимодействие океана с атмосферой, задерживая распространение конвекции в глубь океана. В-третьих, прямые и рассеянные лучи Солнца легко проходят через ледяной покров и, достигая верхнего слоя воды, почти целиком поглощаются. Обратной отдачи подледной водой тепла в атмосферу не происходит, так как лед задерживает длинноволновое излучение и создает, подобно стеклу, парниковый эффект. Перенос тепла должен осуществляться уже через лед — весьма плохой проводник тепла. Благодаря этому лед не только предохраняет лежащие под ним слои воды от охлаждения, но и способствует их нагреванию. В-четвертых, в покрытых льдом полярных областях процессы переноса тепла и скрытой теплоты парообразования, важнейшие в тепловом балансе океана, фактически останавливаются. В итоге разность температур атмосферы между тропиками и полярными областями резко увеличивается. Это приводит к более энергичной циркуляции в глобальной системе ветров, что, в свою очередь, обусловливает более мощный атмосферный теплоперенос к полюсам.

Биосфера — это особый объем географической оболочки, своеобразная надсфера, объединяющая практически все геосферы, где существует или существовала жизнь. В широком смысле к биосфере относят не только наружную область Земли, в которой существует жизнь, но и все сферы, в разной мере измененные жизнью. Такой смысл вкладывал в это понятие В. И. Вернадский, относивший к биосфере и верхнюю часть земной коры, включая гранитный слой. Чаще биосферой в широком смысле называют область активной современной жизни организмов, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Иногда этот слой называют биостром (термин, используемый Ф.Н. Мильковым). В узком смысле, под биосферой понимают совокупность живых организмов, населяющих земную поверхность. Это совпадает с понятием «биота» (П.Дювиньо и М.Танг).

Распространение биосферы. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы Земли (рис. 5.2), населенные и в значительной степени преобразованные живыми организмами.

Рис. 5.2. Строение биосферы (по Н. Ф. Реймерсу, с изменениями)

Достижения современной науки подводят к мысли о том, что всю историю Земли должна была сопровождать жизнь в ее различных проявлениях, начало которой следует искать в исходном космическом материале. Но «кирпичики» жизни могли превратиться в организмы земного облика только в определенных условиях, появившихся в какое-то время на нашей планете. Возможно, что жизнь была реализована и в других частях Вселенной, но где и в каких формах, неизвестно.

Поскольку основным фактором распространения жизни является солнечная энергия и жидкая вода, то все живые организмы распределены главным образом в верхних слоях литосферы и гидросферы, а также во всей тропосфере.

Жидкая вода является, вероятно, более важным лимитирующим фактором в расселении организмов, чем свет. Так, самые жаркие участки пустыни формально находятся вне биосферы. Однако. фактически они могут считаться парабиосферными (околобиосферными), так как живые организмы там все же есть. Например, в пустынях Намиб и Калахари под слоем сухого песка встречаются насекомые, существующие за счет приносимых ветром сухих пылевидных остатков растений, питаясь которыми, насекомые получают метаболическую воду.

В литобиосфере живые организмы проникают на ничтожную глубину. Основная их масса сосредоточена в верхнем слое почвы мощностью в несколько десятков сантиметров, и редко кто проникает на несколько метров или десятков метров вглубь (корни растений, дождевые черви). Проникновение зеленых растений в глубь литосферы невозможно из-за отсутствия света. Механические свойства горных пород, слагающих литосферу, также препятствуют распространению в них жизни. С поверхности литосферы живые организмы проникают в нижние слои атмосферы — аэробиосферу на высоту от нескольких сантиметров до нескольких метров. Растения возносят свои кроны иногда на несколько десятков метров. На несколько сотен метров в атмосферу проникают насекомые, летучие мыши и птицы. Восходящие потоки воздуха могут поднимать на несколько километров покоящиеся стадии (споры, пыльцу, цисты, семена) животных и растений. В горах хлорофиллсодержащие растения живут и даже цветут (лютик бахромчатый) на высоте 6400 м (Гималаи). На еще больших высотах встречаются мхи и лишайники, а также некоторые животные (например, пауки, клещи). Они питаются ногохвостками, а те, в свою очередь, довольствуются зернами пыльцы, спорами растений и микроорганизмами, заносимыми туда ветром. Высокогорную область биосферы называют эоловой зоной. Еще выше живые организмы попадают лишь случайно.

Гидробиосфера в отличие от атмосферы и литосферы заполнена жизнью по всей толще.

Значительная асимметрия характерна для метабиосферы, охватывающей осадочные породы. Но и здесь граница на материках не опускается глубже отметок самых больших глубин океана, т.е. 11 км (температура достигает 200°С). Следовательно, ее максимальная мощность достигает 30 км. Теоретически пределы биосферы намного шире, поскольку в гидротермах дна океана на глубинах около 3000 м обнаружены организмы при температуре 250°С. При давлении 300 атм вода здесь не кипит (пределы жизни ограничены точками превращения воды в пар и сворачивания белков). Перегретая жидкая вода обнаружена в литосфере до глубин 10,5 км. Глубже 25 км, по оценкам исследователей, должна существовать критическая температура 460°С, когда при любом давлении вода превращается в пар и жизнь принципиально невозможна.

Таким образом, укоренившееся мнение о том, что жизнь существует в сравнительно узком интервале физических и химических условий и сосредоточена преимущественно в приповерхностном слое Земли мощностью от нескольких десятков до первых сотен метров, требует кардинального пересмотра. Установлено, что живые организмы обитают практически в любой среде, в том числе в атомных реакторах и на дне глубочайших океанических понижений в бескислородных условиях и среди химических соединений типа сероводорода, углеводородов и др.

Жизнеспособность некоторых видов организмов невероятна. Энтомологи Бристольского университета в Англии высушили личинки современных комаров при температуре 100°С, погрузили их в жидкий гелий с температурой космического пространства (-269°С), облучили и вернули в привычную обстановку. После всего этого личинки продолжили свой биологический цикл, воспроизведя «здоровых» комаров. Подобные факты свидетельствуют о том, что жизнь могла существовать на протяжении всей истории Земли.

Организация биосферы. В современных классификациях органический мир Земли на высшем таксономическом уровне делится на два надцарства: прокариоты (безъядерные) и эукариоты (ядерные). Первые включают два царства: архебактерии и бактерии (в том числе цианобактерии, или синезеленые водоросли), вторые — три царства: животные, грибы и растения. Это деление основано на закономерностях эволюционного развития и клеточного строения организмов.

Живые организмы можно также классифицировать, исходя из функций, выполняемых ими в обмене веществом и энергией. Различают автотрофные и гетеротрофные организмы. К автотрофным относятся зеленые растения и некоторые прокариоты (пурпурные фотосинтезирующие бактерии, синезеленые водоросли и хемобактерии). Они создают органическое вещество из неорганического, используя в качестве источника энергии чаще всего солнечную радиацию — фотосинтез. Некоторые бактерии создают органическое вещество за счет энергии химических реакций — хемосинтез. Гетеротрофные организмы (животные, грибы, большинство бактерий) питаются готовым органическим веществом, при этом грибы и бактерии используют органические остатки и продукты жизнедеятельности других организмов.

Все организмы обладают подвижностью: семена, споры, насекомые переносятся ветрами на большие расстояния, миграции птиц оцениваются в тысячи километров, миграции черепах, угрей, лососевых рыб — в тысячи морских миль.

На суше важные функции выполняют растения: в ходе фотосинтеза они продуцируют органическое вещество и свободный кислород атмосферы. Животные, грибы и бактерии на суше имеют гораздо меньшую массу, однако их роль в функционировании биоценозов также значительна. Основная жизнь в океане сосредоточена в приповерхностном; слое глубиной до 200 м, который обычно называют верхним деятельным слоем. Такое распределение связано, главным образом, с распространением света и количеством пищи в толще вод. Океан предоставляет большие преимущества для своих обитателей — гидробионтов. Во-первых, морские организмы живут в более постоянных условиях, благодаря чему им не требуются особые покровы и приспособления, которые необходимы обитателям суши для защиты от резких изменений окружающих условий. Во-вторых, жизнь в океане возможна в толще воды, вплоть до самых больших глубин. Многие морские организмы весь жизненный цикл проводят, не соприкасаясь с дном. На суше лишь немногие существа способны летать и парить в воздухе, но и они для питания и размножения вынуждены опускаться на землю. В-третьих, воды океана, особенно прибрежные, характеризуются высоким плодородием, огромными запасами взвешенных и растворенных питательных веществ. Многие донные организмы (особенно беспозвоночные животные и водоросли) ведут «сидячий» образ жизни, поглощая все необходимое прямо из морской воды. В-четвертых, плотность морской воды обеспечивает физическую поддержку обитающим в ней организмам, благодаря чему многие гидробионты не нуждаются в скелетных тканях и имеют мягкую консистенцию. Вынутые из воды, они становятся вялыми и бесформенными (например, медуза).

По условиям существования в океане различают две среды обитания: пелагиалъ — толща воды и бенталь — дно. Пелагиаль в горизонтальном направлении делят на неритическую (прибрежную) и океаническую области. По вертикали пелагическую зону подразделяют на эпипелагиаль (до глубины 200 м), мезопелагиалъ (переходная область до глубины 750— 1000 м), абиссаль (глубоководная область до глубины 6000 м) и ультраабиссаль (с глубинами свыше 6000 м).

По образу жизни среди обитателей океана выделяют три группы: 1) планктон — пассивно перемещающиеся скопления одноклеточных водорослей (фитопланктон) и некоторых видов животных (зоопланктон), которые связывают цепи питания поверхностных и глубинных слоев; 2) нектон — активно передвигающиеся животные (рыбы, головоногие моллюски); 3) бентос (фито- и зообентос) — обитатели моря, живущие на дне.

Внутренняя организация биотического сообщества. На любом участке земной поверхности всегда обитает комплекс видов, находящийся с природой в определенных взаимоотношениях. Каждый организм испытывает воздействие экологических факторов — абиотических (факторов среды) и биотических (внутривидовых). Какими бы разными не были экологические факторы, результаты их действия сравнимы, поскольку они всегда выражаются в изменении жизнедеятельности организмов. Эту зависимость часто изображают в виде графика толерантности (терпимости) организмов к диапазону изменчивости абиотических условий (рис. 5.3). Отклик биотического сообщества определяется не только разнообразием видов, но и другими показателями, которые отражают связи между видами, входящими в состав биотического сообщества. Функционирование сообщества и его стабильность зависят также от популяционных связей, распределения организмов в пространстве и характера взаимодействия с внешней средой. Все это составляет внутреннюю организацию сообщества. Важная особенность живых организмов заключается в том, что они могут адаптироваться к разнообразным и меняющимся условиям, обеспечивая тем самым эволюцию и биоразнообразие.

За минимальную единицу биосферы как экосистемы первого порядка обычно принимают биогеоценоз, который на низшем уровне иерархии представляет единство биоценоза (живой части) и биотопа (среды), приуроченного к определенному участку земной поверхности.

Рис. 5.3. Купол толерантности

В разных биогеографических областях сообщества сильно различаются по видовому составу. Каждый вид образуется в определенном месте земного шара, формируя ареал, а затем расселяется, останавливаясь перед естественными преградами. Всюду, где независимо от географического положения физическая среда одинакова, развиваются сходные экосистемы. В случае отсутствия «свободных мест» происходит конкурентная борьба.

Биомасса и биопродуктивность. Биомассой называют совокупность организмов (живых и отмерших) в экосистеме. Она может быть выражена числом особей, а также в весовых (масса) или энергетических (калориях) характеристиках.

Биопродуктивность — это скорость продуцирования биомассы. В производстве биомассы участвуют продуценты — организмы, которые посредством фото- или хемосинтеза накапливают потенциальную энергию в виде органических веществ, созданных из минеральных веществ, поставляемых абиотической средой, и консументы — организмы, которые питаются этими созданными сложными органическими веществами. Первичной продуктивностью называется скорость, с которой продуценты (в большинстве своем зеленые растения) в процессе фотосинтеза связывают энергию и запасают ее в форме органических веществ. Эти вещества могут быть использованы растительноядными организмами — консументами первого порядка. Вторичной продуктивностью называют скорость продуцирования биомассы консументами второго порядка или редуцентами — потребителями мертвого органического вещества.

Если сравнивать величины сухого органического вещества, то оказывается, что по этому показателю материки значительно превосходят океаны. Представленная в табл. 5.5 оценка биомассы в размере 1,8×10¹² т относится к собственно живому веществу (массе организмов) суши и океана. Масса биосферы (включающая все органическое вещество) оценивается в (2,5—3,0)10¹⁸ т, где масса тропосферы — 0,004×10¹⁸ т, гидросферы — 1,4×10¹⁸ т, литосферы — 1,6×10¹⁸ т.

Таблица 5.5 Биомасса (сухой вес) Земли

На суше величина биомассы обнаруживает тесную связь с водно-тепловыми условиями. Максимальные показатели характерны для лесных сообществ, особенно для влажных тропических лесов (свыше 125 кг/м²), где много теплоты и обильное увлажнение. От этого максимума биомасса убывает в трех направлениях: в сторону тропических пустынь (где рост живых организмов ограничивается дефицитом влаги), в сторону полярных районов и в сторону высокогорий (где недостаточно тепла). Биомасса центральных районов Антарктиды и Гренландии практически равна нулю.

В океане, где фитопланктон занимает центральное место в составе продуцентов, для распределения биомассы характерны циркумконтинентальная и горизонтальная зональности.

Циркумконтинентальная зональность проявляется в уменьшении биомассы от прибрежных зон (где она достигает 1—2 кг/м2 и более) к центральным частям океанов, что объясняется снижением количества питательных веществ в воде. Это отчетливо наблюдается в изменении цвета морской воды от буро-зеленого, характеризующего «плодородие» у берегов, к ярко-синему, характеризующему малое количество питательных элементов в открытой части морских бассейнов. Таким образом, в Мировом океане имеются свои «пустыни» и «черноземы».

Горизонтальная зональность связана с закономерностями распределения и характером циркуляции вод. Низкие значения (0,01—0,03 кг/м2) биомассы типичны для тропических морей и центральной части Северного Ледовитого океана. В областях циклонических круговоротов субарктического и умеренного поясов биомасса возрастает до 0,02—0,2 кг/м2. Высокие показатели (0,5—2,0 кг/м2) биомассы свойственны районам умеренного пояса в северной части Атлантического и северо-западной части Тихого океанов.

Эволюция биосферы. Своеобразие эволюции биосферы состоит в том, что она происходит в рамках уже сложившихся уровней организации живого вещества. При этом, характеризуя эволюцию, обычно не рассматривают проблему возникновения жизни. С точки зрения биологии, жизнь возникла в «доактуалистическую эпоху», т. е. в условиях, не воспроизводимых в настоящее время.

Основными вехами эволюции биосферы являются:

- быстрое (в геологическом масштабе времени) освоение жизнью земного пространства;

- постепенное преобразование геологических и геохимических круговоротов вещества в биогеологические и биогеохимические;

- преобразование первичной атмосферы и стабилизация ее газового состава;

- замена восстановительного (бескислородного) фона геохимической среды окислительным;

- возникновение почвообразовательного процесса и создание вследствие этого почвенной структуры;

- детерминация химической активности природных вод (создание зональной структуры гидросферы и вод зоны гипергенеза).

Центральным событием эволюции было возникновение окислительной среды, что повлекло за собой ряд изменений: уменьшение кислотности вод и превращение среды Мирового океана в щелочную, изменение подвижности химических элементов (в том числе в связи с почвообразованием), обогащение кислородом всех оболочек, примыкающих к земной поверхности (по мнению В. И. Вернадского, даже гранитная оболочка образовалась как таковая благодаря окислительной среде биосферы). Эволюция энергетики биосферы состояла в прогрессивном накоплении запасов ассимилируемой солнечной энергии, т. е. уменьшении энтропии. Источниками органического вещества являются водяной пар и СО₂. В результате образования органического вещества и кислорода происходит своего рода «поляризация» изначально нейтрального химического вещества. Органическое вещество и кислород антагонистичны, их соединение приводит к выделению значительной энергии. Следовательно, сколько в биосфере органического вещества и кислорода, столько же в ней запасено и потенциально активной (превратимой) энергии.

Одной из основных тенденций развития биосферы на биогеоценотическом (экосистемном) уровне является стремление дольше сохранить вещества, созданные продуцентами, в биохимическом круговороте (например, за счет увеличения трофических уровней в пищевой цепи) и повысить его интенсивность. При этом важнейшими событиями были возникновение и эволюци