Джерела енергії географічної оболонки
План
II. Географічна оболонка і її межі.
III. Джерела енергії географічної оболонки.
а) загальна характеристика,
б) сонячна стала,
в) сонячне випромінювання,
г) числові дані про притік енергії та її розділ.
IV. Висновки.
V. Література.
І. Вступ
Географічна оболонка землі – це головний предмет вивчення загального землезнавства. В нашій роботі ми детально розглянемо одну з особливостей географічної оболонки, а саме – здатність сприймати і трансформувати енергію, яка головним чином надходить від сонця, а також із земних надер.
ІІ. Географічна оболонка та її межі
Географічна оболонка – це взаємодіюча парадинамічна система земної кори, повітряної тропосфери, гідросфери і біоструму Землі.
Особливість географічної оболонки, її унікальність полягає в тому, що речовина представлена в ній не одним і двома, а трьома агрегатними станами. З точки зору агрегатного стану речовини вона представляє не єдину, а триєдину оболонку. Спостерігається це в зоні дотикання, взаємопроникнення і взаємодії одна з одною літосфери, атмосфери і гідросфери.
Саме тут, в ядрі географічної оболонки, в зоні активної взаємодії літосфери, гідросфери й атмосфери, зародилось органічне життя, присутність якого – друга унікальна особливість не тільки однієї з оболонок, але і Землі як планети в цілому. Органічне життя в його різних проявах притаманна всій гідросфері, поширюється на декілька кілометрів в глиб літосфери, розноситься потоками повітря по тропосфері. Зона органічного життя утворює одну із специфічних оболонок Землі – біосферу. Тонний горизонт її з найбільшою концентрацією живої речовини на поверхні суші, океану, океанічного дна має назву біостром.
Яка ж потужність, верхня і нижня границі географічної оболонки? Відомо, що потужність її вимірюється меншою мірою, десятками кілометрів. Єдиного твердження на рахунок її границь немає, як і не існує чітко визначених меж взаємопроникнених одна в одну літосфери, атмосфери і гідросфери.
А.А. Григорьєв (1960, 1963) верхню межу географічної визначає в стратосфері на висоті 20-
Нижче цього шару спостерігається рух повітря, пов'язаний і взаємодією атмосфери з сушею та океаном; вище рухи атмосфери цього характеру не відбуваються. Нижня границя на його думку, проходить вверху підкірного шару, трохи нижче сейсмічної поверхні Мохоровича. На материках нижня границя географічної оболонки проходить на глибині 30-
Таким чином, потужність географічної оболонки за А.А. Григорьєвим, складає 50-
С.В. Колесник (1970) розумів ГО більш вузько. Переміщаючи її верхню межу в атмосфері на 25-
А.Г. Ісаченко (1953) в ГО включає повітряну тропосферу, гідросферу і верхню товщину (до 5-
ІІІ. Джерела енергії географічної оболонки
Географічна оболонка є трансформатором енергії, що надходить до неї з надр і космосу (від Сонця); перший вид енергії називають ендогенною, другий — екзогенною енергією.
До ендогенної (внутріземної) енергії належать ті види енергії, що пов'язані з процесами всередині Землі, а також її гравітаційною взаємодією з Місяцем і Сонцем.
Енергія земних надр надходить у географічну оболонку в двох формах: у вигляді тепла (тепловий потік) і механічних переміщень речовини.
Тепловий потік у середньому в 105 разів менший за потік електромагнітної сонячної енергії, становить усього 0,06 Дж/(м2×с), тобто він менший навіть за похибку потоку сонячної енергії.
Тепловий потік дуже контрастно диференційований на земній поверхні залежно від тектонічної структури, віку й сучасної активності земної кори. Найбільші значення теплового потоку спостерігаються в зонах серединних океанічних хребтів, насамперед у межах рифтових зон, оскільки там речовина мантії піднімається безпосередньо до поверхні літосфери. Тепловий потік у сейсмоактивних та вулканічних районах високий. Навпаки, в тектонічно спокійних регіонах, зокрема на давніх платформах, тепловий потік істотно нижчий від його середнього значення.
Тепловий потік є одним із джерел тектонічних рухів. За однією з гіпотез (глобальна тектоніка плит), нерівномірність розігрівання речовини мантії на межі з ядром спричиняє в мантії конвенцію. Висхідні потоки конвенції механічно захоплюють літосферні плити, перемішуючи одну відносно одної. Частина енергії витрачається на вертикальні пересування земної кори, що, в свою чергу, приводить у дію екзогенну (тобто зовнішню відносно поверхні) енергію поверхневого стоку.
Ендогенна енергія пов'язана з кількома порівняно рівнозначними джерелами, насамперед: розпадом радіоактивних елементів; гравітаційним стисненням та ущільненням речовини земних надр; припливним тертям, зумовленим взаємодією Землі з Місяцем і Сонцем.
Значення припливного тертя зростає з глибини до земної поверхні, отже, цим можна пояснити тільки деяку частину поверхневого теплового потоку. Нарешті, певна частина ендогенної енергії — не перетворена сонячна енергія, запасена в так званих геохімічних акумуляторах, наприклад, горючих корисних копалинах, а також деяких гірських породах абіогенного походження. В. М. Лебедев і М. А. Белов вважають, що глинисті мінерали, нагромаджуючи енергію в умовах земної поверхні, виділяють її потім у процесі метаморфізації в надрах.
Частина сонячної енергії запасена в розсолах, законсервованих у земній корі (оскільки розчинення солі у воді є реакцією ендотермічною).
Оцінки кількості цих джерел енергії стосуються тільки нинішнього часу. Вважають, що в геологічному минулому було набагато більше радіоактивної і припливної енергії, оскільки на ранніх стадіях розвитку Землі було більше радіоактивних елементів, а Місяць розміщувався ближче до Землі.
Зазначимо, що ефективність енергетичного потоку суттєво залежить від форми надходження енергії: в концентрованому чи розсіяному вигляді, до нижньої чи верхньої межі геосфери тощо. Принаймні, незважаючи на наведені суттєві відмінності екзогенної та ендогенної енергії, їхня роль у географічній оболонці порівнянна.
Всю енергію, що надходить до Землі з Космосу, називають екзогенною, на 97 % це електромагнітне випромінення Сонця — сонячна радіація.
Водночас в географічну оболонку надходить радіохвильове випромінення (від Сонця і з Космосу).
Корпускулярний потік з a- і b-частинок (протонів та електронів) — сонячний і космічний вітер — майже повністю поглинається магнітосферою та верхніми шарами атмосфери. Його мінливість, зумовлена пульсаціями сонячної активності, спричиняє збурення геомагнітного поля, що впливає на біологічні процеси та стан здоров'я людей.
Уже багато десятиріч намагаються з'ясувати, наскільки впливають корпускулярні потоки на атмосферну циркуляцію. Суперечність цього питання полягає передусім у невеликій масі цих частинок і низькій сумарній їхній енергії (хоча кожна з частинок має високу енергію). Можливо, цей вплив має сигнальний характер, тобто виконує роль «пускового гачка» енергетичне потужного процесу.
Сонячна стала. Через малу мінливість інтенсивності сонячної енергії, яка надходить на верхню межу атмосфери, її потік, обчислений на 1 см2 за хвилину, називають сонячною сталою. Вона дорівнює 1382 Дж/(м2×с), або 1382 Вт/м2. Оскільки Земля має кулясту форму, лише 1/4 частина цього потоку припадає в середньому на одиницю площі сфери (оскільки сонячна стала обчислена на одиницю площі поперечного перерізу сфери), тобто в середньому 345,5 Дж/(м2×с).
Рис. 1. Етектромагнітні спектри Сонця та Землі:
1 — випромінення абсолютно чорного тіла при Т=5700°С; 2, 3 — відповідно пряма та розсіяна радіація на поверхні Землі: 4 — сонячна радіація за межами земної атмосфери; 5 — вибіркове пропускання атмосферою випромінення Землі; 6 — розрахункове випромінення земної поверхні при Т = 21°С