Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты

Помимо промышленных и минеральных ресурсов, литосфера и биосфера играли важную роль в формировании друг друга на протяжении геологического времени. Это взаимодействие впервые наблюдается в докембрийских формациях полосчатых железистых кварцитов, которые наращивались первыми формами жизни, образовывавшими строматолиты. Эти формации образуют некоторые из крупнейших месторождений железа, добываемого сегодня. Выветривание континентальных пород приводило к поступлению потоков необходимых минералов и питательных веществ в моря и океаны. Такие минералы во время кембрийского взрыва в начале палеозоя присутствовали в первых твердых известковых панцирях существ, обеспечивая им возможность защищаться от первых хищников на Земле. Жизнь не могла бы развиваться без горных пород и содержащихся в них веществ, а многие горные породы не существовали бы без предшествующих им форм живых организмов.

Гидросфера и деятельность человека

Круговорот воды в природе соединяет все формы воды на всей Земле. 70 % поверхности Земли покрыто водой, и большая ее часть находится в океанах.

Вода является такой значительной составляющей повседневной жизни, что люди часто даже не задумываются об этом. Если бы не вода и ее уникальные свойства, жизни на планете не существовало бы. Вода на Земле, в отличие от большинства других небесных тел Солнечной системы, существует в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном. Когда вода превращается в лед, она расширяется; лед обладает меньшей плотностью по сравнению с жидкой водой и имеет кристаллическую решетку. В этой форме вода соответствует определению минерала. Из-за более низкой плотности лед формируется на поверхности воды, а не на дне озер или других поверхностных водоемов. Это свойство льда позволяет живым организмам переживать холодные периоды. Когда лед тает, кристаллическая структура разрушается, и объем воды уменьшается. Эти особенности превращают Землю в единственную планету Солнечной системы, которая находится в обитаемой зоне, хотя полагают, что на спутниках некоторых планет имеется жидкая вода, а также лед, поэтому, возможно, они подходят для существования жизни.

Воду называют универсальным растворителем, потому что со временем она растворяет почти все, с чем вступает в контакт. Способность воды к растворению наряду с ее способностью расширяться в замерзшем виде – движущий фактор выветривания горных пород. Даже граниты, представляющие собой твердые кристаллические породы, начинают разрушаться, когда вода проникает в трещины и создает мелкие разрывы на поверхности породы. Вода замерзает и вызывает расширение трещины, предоставляя возможность для просачивания еще большего количества воды, а потом на поверхности закрепляются лишайники и растения. Как только исходная порода начинает крошиться, вода становится основным способом переноса выветренного материала – с помощью ручьев, рек и ледников.

Согласно теории «горячей» ранней Земли в гадейском эоне вода на нашей планете существовала только в виде пара. Океаны состояли из горячей магмы, и никакие массивы суши не образовывались – это было действительно похоже на ад. Океаны с жидкой водой появились, когда Земля остыла в архее. Вопрос о том, откуда взялась вода, – предмет спора между геологами. Возможно, вода была занесена метеоритами или астероидами, многие из которых имеют в составе лед; альтернативный вариант заключается в том, что мантия могла выделять воду в результате первых тектонических процессов и вулканических извержений и конденсации пара в атмосфере. Каким бы ни был источник воды на планете, когда образовались водные океаны, вода начала испаряться и конденсироваться, и дожди могли идти в течение тысячелетий.

Круговорот воды в природе (рис. 12.4) – это путь циркуляции воды на Земле[572]. Пресная вода испаряется из океанов, образуя облака, которые перемещаются над сушей, и вода выпадает в виде осадков. Часть воды, выпавшей в виде осадков, опять испаряется; часть связывается в глетчерах и ледниковых щитах; часть в виде поверхностных стоков восполняет ручьи, озера и реки; а часть просачивается в землю и превращается в подземную воду. Часть воды в малых и больших реках возвращается в океан, перенося пресную воду и растворенные минералы, продукты континентального выветривания.

Рис. 12.4. Круговорот воды в природе (Heath, 1998)