Понятие о горных породах.

Земная кора сложена различными минеральными агрегатами, называемыми горными породами. Горные породы могут быть мономинеральными (мрамор) или полиминеральными (гранит). Минеральный состав каждой горной породы более или менее одинаков. Химический состав ее, естественно, зависит от того из каких минералов она состоит. Горная порода образуется в определенных геологических условиях, которые влияют на форму ее залегания, характер и взаимоотношения составляющих ее минералов- структуру и текстуру (смотри рисунок).

Каждая порода отличается от других пород также и по физическим свойствам: окраске, плотности, механической прочности, плавкости и т.д.

Таким образом, горная порода - это агрегат более или менее количественно и качественно постоянных минеральных зерен, отличающихся определенным строением, физическими свойствами и геологическими условиями образования.

По происхождению горные породы разделяются на 3 группы.

Магматические- связанные с процессами магматической деятельности.

Осадочные- связанные с экзогенными процессами.

Метаморфические- образующиеся в результате преобразования магматических и осадочных пород.

Литосфера на 95% сложена магматическими и металлическими породами и только 5% состоит из осадочных пород. В тоже время, осадочные покрывают 75% земной поверхности и только 25% ее занято магматическими и металлическими породами.

Всесторонним изучением горных пород (минерального и химического состава, их строения, происхождения, условий залегания, взаимоотношений между различными породами, изменение горных пород с течением времени) занимается петрография. Наука, занимающаяся главным образом происхождением магматических и металлических пород называется петрологией, а наука об осадочных породах - литологией.

№49 Биосфера Земли
В эру научно-технического прогресса особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования нашей планеты, они наполнили атмосферу кислородом и азотом, очистили её от углекислого газа, сформировали отложения известняка, нефти, природного газа. В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь»). Этот термин первым ввёл в 1875 году Эдуард Зюсс, а учение о биосфере было создано в 1926 году Владимиром Вернадским. В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.
Биосфера, по Вернадскому, – земная оболочка, область существования живого вещества. Она включает в себя не только живые организмы, но и изменённую ими среду обитания (кислород в атмосфере, горные породы органического происхождения и т.п.).
Биосфера является одной из геологических оболочек Земли или геосфер. На Земле также различают литосферу – твёрдую наружную оболочку Земли, состоящую из осадочных пород и расположенных под ними гранитов и базальтов, гидросферу, включающую в себя все океаны, моря, озёра и реки, и атмосферу – газовую оболочку Земли. В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.
Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4 ∙ 1012 т (около 0,01 % массы всей биосферы). 97 % из этого количества занимают растения, 3 % – животные. В настоящее время на Земле известно несколько миллионов видов живых организмов.
В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:
• энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);
• биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);
• информационный (принципы организации и управления в живой природе);
• пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);
• ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).
Биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 1024 Дж солнечной энергии; 42 % из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20 % энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 1022 Дж в год, поглощают 1,7 ∙ 108 т CO2, выделяют около 11,5 ∙ 107 т кислорода и испаряют 1,6 ∙ 1013 т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения.
В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина, уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, ростом и размножением организмов. Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом только растёт.

№50 Почва как продукт развития биосферы.

№51 Почвенные горизонты дерново-подзолистых почв. Концепция ноосферы В.И. Вернандского.

№52 Космические методы изучения Земли: поиски полезных ископаемых по космическим снимкам

Проблема изучения природных ресурсов, оценка их запасов, объема и темпа расходования, возможности их сохранения и восстановления приобретают в наше время все большую актуальность. На первый план выдвинулись также задачи охраны окружающей среды, борьба с загрязнением почвы, воздуха, водоемов. Возросла необходимость постоянного контроля состояния и рационального использования лесных массивов, источников пресной воды, животного мира.

Развитие растениеводства, животноводства, лесного хозяйства, рыболовства, других областей хозяйственной деятельности человека потребовало применения новых более современных принципов контроля окружающей среды и значительно более оперативного получения его результатов.

Исчерпывание сырьевых ресурсов, находящихся в сравнительно близких и освоенных человеком местах, привело к необходимости изыскания их в отдаленных, труднодоступных, глубинных районах. Возникла задача охвата разносторонней разведкой больших площадей.

Главными достоинствами космических средств, при использовании их для изучения природных ресурсов и контроля окружающей среды являются: оперативность, быстрота получения информации, возможно доставки её потребителю непосредственно в ходе приёма с КА, разнообразие форм наглядность результатов, экономичность.

Отметим, что внедрение космической техники отнюдь не исключает применения в ИПР и КОС самолетных и наземных средств. Наоборот, космические средства могут быть более, эффективно используют именно в сочетании с ними.

Помимо перечисления целей, выявилась эффективность использования космической техники для решения некоторых задач градостроительства, строительства и эксплуатации транспортных магистралей и другое.

Под дистанционным зондированием понимают обнаружение, наблюдение и исследование земных образований или явлений, определение физических, химических, биологических и других характеристик (изменения параметров) объектов на расстоянии, с помощью чувствительных элементов и устройств, не находящихся в прямом контакте (непосредственно близость) с предметом измерений (исследований).

В основе этого метода лежит то важное обстоятельство, что все естественные и искусственные земные образования испускают электромагнитные волны, содержащие как собственное излучение элементов суши, океана, атмосферы, так и отраженное от них солнечное излучение. Установлено, что величина и характер идущих от них электромагнитных колебаний существенно зависят от вида, строения и состояния (от геометрических, физических и иных характеристик) излучаемого объекта.

Эти-то различия в электромагнитном излучении земных различных образований и позволяют применять метод дистанционного зондирования для изучения Земли из космоса.

Чтобы достигнуть чувствительных элементов приемных устройств, установленных на космическом аппарате электромагнитные колебания, идущие с Земли, должны пронизывать всю толщу земной атмосферы. Однако атмосфера пропускает далеко не всю электромагнитную энергию, излучаемую с Земли. Немалая часть её, отражаясь, возвращается на Землю, а некоторое количество рассеивается и поглощается. При этом атмосфера не безразлична к электромагнитным излучениям различной длины волны. Одни колебания она пропускает сравнительно свободно, образуя для них «окна прозрачности», другие – почти полностью задерживает, отражая, рассеивая и поглощая их.

Поглощение и рассеяние электромагнитных волн атмосферой обусловлены ее газовым составом и аэрозольными частицами, и в зависимости от состояния атмосферы она действует на изучение с Земли неодинаково. Поэтому на приемное устройство космического аппарата может только та часть электромагнитного излучения от исследуемых объектов, которая способна пройти сквозь атмосферу. Если влияние ее велико, то возникают существенные изменения в спектральном, угловом и пространственном, распределении излучения.

Почти всегда на излучение, идущее от земных образований, накладывается атмосферный фон, который искажает структуру электромагнитных волн, нанося определенную информацию о самой атмосфере, может служить ее оценке в зависимости от различных факторов.

Значение степени и характера влияния атмосферы, на происхождение сквозь нее электромагнитного излучения с Земли для излучения природных ресурсов из космоса весьма существенно. Особенно важно знать влияние атмосферы на прохождение электромагнитных волн при изучении слабо излучающих и плохо отражающих земных образований, когда атмосфера может почти полностью подавить или исказить сигналы, характеризующие исследуемые объекты.

Установлено, что сквозь атмосферу хорошо проходят, свободно достигая приемных устройств космических аппаратов, электромагнитные излучения в таких диапазонах волн (смотри таблицу):

Для изучения природных ресурсов из космоса подбирают такое время и условия, когда поглощающее и искажающие влияние атмосферы минимально. При работе в видимом диапазоне выбирается светлое время суток, при возвышении угла Солнца над горизонтом 15 - 35°, при невысокой влажности, небольшой облачности, возможности большой прозрачности и малой аэрозольности атмосферы.

Спектральный состав и интенсивность электромагнитных излучений земных различных образований определяются их абсолютной температурой, характером поверхности и физико-химическими свойствами.

Области изучения.

В области геологии: выявление месторождений полезных ископаемых, определение перспективных районов добычи нефти, газа, руды, угля и другие; картографическая и геологическая подготовка крупного строительства; оценка сейсмической и вулканической деятельности, получение данных для их прогнозирования; обследование районов шахт и открытых разработок, оценка ущерба растительности в этих районах.

В области гидрологии: выявление местонахождение водных источников, поиск грунтовых вод в районе пустынь и степей; оценка запасов воды в различных районах; контроль и прогнозирование паводков и наводнений, прогнозирование стока вод после весенних паводков, определение угрожаемых районов и эффективности мер, принимаемых для уменьшения ущерба от наводнений; контроль за изменением водного режима рек в частности в целях оптимального использования мощности гидроэлектростанций.

В области океанологии, океанографии, рыболовства; прогнозирование явлений, влияющих на эффективность судоходства и представляющих опасность для прибрежных районов; оценка морских путей; изменение величены и характера волнений водной поверхности больших акваторий; наблюдение за ледовой обстановкой в высокоширотных районах, контроль за образованием и движением айсбергов; определение районов богатых планктоном, обещающих эффективные уловы, выявление косяков рыбы и скопление промысловых животных.

В области биосферы и охраны окружающей среды; оценка загрязнённости воды в конкретных водоёмах и воздуха в различных районах; контроль сброса сточных вод и насосов в районах плотной заселённости (крупных городов); контроль за местонахождением и миграцией диких животных.

В области сельского и лесного хозяйства, землеведение и мелиорации: оперативная оценка стадий развития, степени зрелости и урожайности культур; выявление поражения отдельных участков полей и лесов, установление эффективности мер, направленных на сохранение растений, оценка состояния участков леса и запасов древесины, таксация лесов; планирование вырубки и посадок; обнаружение лесных пожаров, контроль их развития и эффективности, противопожарных мер; выявление заболоченности определённых районных ирригационные оценки, планирование дренажных и мелиорационных работ; землепользование в конкретных регионах, контроль орошаемых земель, оценка пастбищ.