Географія. Профільний рівень. 11 клас. Масляк

Тема 4. Атмосфера та системи Землі

§ 29. Еволюція атмосфери

1. Пригадайте оболонки Землі як космічної системи. 2. Поясніть, чому і як змінюється атмосферний тиск із висотою.

1. ЕВОЛЮЦІЯ АТМОСФЕРИ ЗЕМЛІ. Процес еволюції атмосфери Землі розпочався в догеологічний період як дегазація мантії. Сучасна наука виділяє кілька періодів формування та розвитку атмосфери, що тривали мільярди років. У фазі розплавленої зовнішньої сфери земної кулі примітивна атмосфера Землі складалася з гелію (Не) та водню (Н). Із її розпеченого, утвореного переважно із силікатів космічного тіла виділялися значні об’єми діоксиду вуглецю (СО2) і водяна пара, які й утворили первинну атмосферу Землі. За складом ці виверження подібні до сучасних: 70—80% обсягу базальтової лави діючих вулканів Гавайських островів (температура близько +1200 °С) становить водяна пара й 6—15% СО2.

У той час практично вся гідросфера перебувала у складі атмосфери. Охолоджуючись на великій висоті, водяна пара утворювала густі хмари й інтенсивні опади (мал. 1).

За даними мал. 1 проаналізуйте кругообіг води в догеологічній атмосфері Землі, порівняйте його із сучасними малим та великим кругообігами. Чи впливав цей кругообіг на зміни температури поверхні самої Землі?

Кругообіг води, локалізований у первинній атмосфері Землі, став прабатьком кругообігу води, який сформувався пізніше й мав величезний вплив на розвиток природного середовища та планети загалом.

Мал. 1. Гіпотетичний кругообіг води в атмосфері Землі в догеологічний час.

Пригадайте значення кругообігу води на Землі та його наслідки.

При зниженні температури мантії з +1200 °С нижче +500 °С із виверженої лави в первинну атмосферу виділялися НCl, «кислі дими», сірка (S) та її сполуки (H2S, SO2), борна кислота (Н3BO2) та солі амонію. Після охолодження поверхні Землі до температури нижче +100 °С атмосферна водяна пара перетворилася на звичайну воду. На гарячій земній поверхні виникли водойми, сформувалася річкова мережа й водний стік. Земна поверхня зазнала інтенсивного впливу водних потоків, почалася геологічна історія. Подальша еволюція атмосфери тісно пов’язана з появою та розвитком живих організмів і процесом фотосинтезу (мал. 2).

2. СКЛАД АТМОСФЕРИ ЯК РЕЗУЛЬТАТ ЇЇ ВЗАЄМОДІЇ З ЛІТОСФЕРОЮ, ГІДРОСФЕРОЮ, БІОСФЕРОЮ ТА ВПЛИВУ ЛЮДИНИ. Зміни температурних умов на Землі змінили все природне середовище й вплинули на хімічний склад атмосфери. Величезна кількість води, яка утворила водойми, змінила склад і вплинула на подальшу еволюцію повітряного середовища, на початковому етапі переважно вуглекислого, де водяна пара стала другорядним компонентом.

Мал. 2. Зміни газового складу атмосфери впродовж її геологічного часу.

Легко розчинний у воді вуглекислий газ поглинався нею, і його кількість швидко зменшувалася, знижувався атмосферний тиск, змінювалися природні умови на Землі. Дощі, які тривали протягом мільйонів років, змінили й Землю. Дощова вода, збагачена діоксидом вуглецю, «витягала» з вулканічних порід мінерали кальцію, утворюючи вапняк (карбонат кальцію). Так у морях та океанах утворилися перші осадові породи — шари вапняку. Вміст діоксиду вуглецю та водяної пари в атмосфері значно знизився. Парниковий ефект, спричинений вуглекислим газом, зменшився, і температура поверхні знизилася із +300 °С (3,5 млрд років тому) до +100 °С (3,2 млрд років тому). Азот став основною складовою все ще не придатної для життя атмосфери Землі.

За мал. 2, спираючись на знання курсів хімії та біології, поясніть, чому 3,2 млрд років тому атмосфера Землі не була придатна для існування живих організмів, але вченими доведено сліди існування життя в океанах близько 4 млрд років тому.

Перші живі організми — анаеробні бактерії — з’явилися на планеті 3,6 млрд років тому.

Подальша еволюція атмосфери пов’язана з появою та розвитком органічного світу (3,5—3 млрд років тому). Перші живі організми, де відбувся фотосинтез, — ціанобактерії. Кисень, який вони виробляли протягом майже 1 млрд років, окислював мінерали у воді (наприклад, залізо). Коли близько 2 млрд років тому цей процес завершився, кисень почав вивільнятися в атмосферу, температура на поверхні Землі опустилася до +50 °С.

СЛОВНИК

Анаеробний організм — організм, здатний існувати без вільного кисню, за рахунок енергії, яка отримується шляхом розщеплення органічних і неорганічних речовин, а також процесів, що протікають без кисню.

Anaerobic organism — an organism that can exist in the absence of free oxygen due to the energy obtained by the splitting of organic and inorganic substances, as well as processes that occur without oxygen.

Наявність кисню в атмосфері 2 млрд років тому дозволила урізноманітнити форми життя. Під дією сонячних променів молекули діоксигену об’єдналися й утворили в атмосфері озоновий шар (O3). У такий спосіб виникли умови для виходу живих організмів з океанів.

Сучасний склад атмосфери утворювався мільярди років, а лише останні 150 років людської діяльності спричинили значні зміни в її складі й температурі. Ці зміни стають усе більш відчутними.

Більше про забруднення атмосфери в Україні читайте на: uk.wikipedia.org/wiki та на сайті Центральної геофізичної обсерваторії імені Б. І. Срезневського: cgo.kiev.ua.

3. СОНЯЧНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ Й НАГРІВАННЯ ВСІХ ГЕОСИСТЕМ ЗЕМЛІ. Сонячна енергія — енергія Сонця у формі радіації та світла, яка є основою життя та значною мірою управляє кліматом і погодою. Кількість сонячної енергії, яку отримує Земля за один рік, більша, ніж уся енергія, що людство зараз виробляє з використанням відновлюваних і невідновлюваних джерел.

  • 1) Пригадайте, що вам відомо про сонячну енергетику. Які країни світу є лідерами з її розвитку?
  • 2) За мал. 3 поясніть, що таке поглинута сонячна радіація. Поясніть, від чого залежить її кількість.

Географічна оболонка — найбільша планетарна геосистема, система взаємодіючих компонентів: літосфери, гідросфери, атмосфери та біосфери. Компоненти геосистеми тісно взаємопов’язані через потоки речовини та енергії, процеси гравітаційного переміщення твердого матеріалу, обмін вологи та міграцію хімічних елементів.

Мал. 3. Тепловий баланс Землі.

Процес нагрівання всіх геосистем Землі потоками сонячної енергії є визначальним для існування всіх форм життя на планеті (мал. 3).

За допомогою мал. 3 охарактеризуйте тепловий баланс Землі.

4. ВИПРОМІНЮВАННЯ І ПОГЛИНАННЯ ТЕПЛА ГІРСЬКИМИ ПОРОДАМИ, ВОДОЮ Й ПОВІТРЯМ. Відкриті ділянки гірських порід поглинають і випромінюють тепло швидше, ніж території, вкриті ґрунтами, рослинністю або снігом. Гірські вершини в умовах розрідженого повітря швидко нагріваються вдень й охолоджуються вночі. Тверда земна поверхня протягом дня не прогрівається глибше ніж на 0,5 м. Атмосферна хмарність не пропускає випромінювання з космосу й утримує тепло, яке йде від Землі, тому сильні морози бувають переважно ясними ночами.

Радіація, яка досягла поверхні води й не відбилася від неї, поглинається. У чистій морській воді близько 40% її сягає глибини 1 м, 22% — 10 м. У каламутних прибережних водах — відповідно 23 і 0,5%. В океані основним процесом, що сприяє передачі тепла вниз, є термічна конвекція та вертикальне перемішування під впливом вітрових хвиль і турбулентних течій. У відкритому океані вдень зазвичай прогрівається шар води завглибшки понад 10 м.

Основна частина радіації, що поглинається поверхнею, проходить через атмосферу й нагріває її в результаті передачі тепла на межі: океан — атмосфера або материк — атмосфера.

Зараз концентрація кисню близька до 21 %, а за останні 500 млн років вона змінилася з 10 до 35%.

Вчені виявили зв'язок між глобальним потеплінням і викидами метану (одна з причин виникнення парникового ефекту). На цей процес впливає тваринництво: підвищення температури призводить до зниження якості кормів, після споживання яких тварини виділяють більше метану, а він сприяє підвищенню температури.

ВИСНОВКИ

  • Еволюція атмосфери Землі розпочалася в догеологічний час як наслідок дегазації мантії.
  • Сучасний склад атмосфери є результатом її взаємодії з літосферою, гідросферою, біосферою. Зараз він зазнає значних змін під впливом діяльності людини.
  • Збільшення об'ємів діоксиду вуглецю (СО2) в атмосфері сприяє затриманню в ній більшої кількості сонячного тепла.
  • Енергія Сонця є основою життя, управляє кліматом і погодою. Річний обсяг енергії, яку Земля отримує, більший, ніж уся енергія, що виробляється людством.
  • Нагрівання всіх геосистем Землі потоками сонячної енергії є визначальним для існування всіх форм життя на планеті. Різна поверхня Землі, вода й повітря нагріваються та випромінюють тепло по-різному.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

  • 1. Доведіть на прикладах, що різна поверхня Землі, вода та повітря нагріваються та випромінюють тепло по- різному.
  • 2. Обґрунтуйте важливість сонячної енергії для існування життя на Землі.
  • 3. Спрогнозуйте подальші зміни складу атмосфери через життєдіяльність людини.
  • 4. Порівняйте вплив на атмосферу Землі сонячної та теплової енергетики.
  • 5. Складіть презентацію про важливість енергозбереження для запобігання кліматичним змінам на Землі та презентуйте її в молодших класах.